科學史話阿基米德和浮力定律 _史話

先來一個小問題：
有一個小池塘，一艘載有石塊的小船漂浮其中，如果將石塊投入池塘里，那么池塘的水位會怎樣變化？是上升，下降，還是不變呢？

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這是一道簡單的中學物理題，涉及浮力定律這一知識點，而咱們今天這篇文章就是介紹浮力定律的由來，以及一些更加深刻的思考。
公元前287年，阿基米德出生于意大利西西里島的敘拉古，由于天資聰慧加上出生貴族，他在少年時期被送去了當時的文化中心——亞歷山大城，跟隨數位數學家學習（比如埃拉托塞，他是大數學家歐幾里得的學生）,這段求學經歷為阿基米德日后的成就奠定了基礎。

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相傳有一次敘拉古的國王想要鑄造一枚純金的皇冠，于是讓國內最好的工匠來完成這個任務，可是等到皇冠做好了以后，國王卻懷疑這個皇冠是否摻了假，說是純金的，但如何證明呢？要是再內部摻上一些其它金屬怎么辦？
于是國王下旨讓眾大臣解決此事，要知道兩千多年人類的科學水平是非常落后的，這個簡單的問題卻讓眾人一籌莫展，國王無奈，于是便想到了當時的大科學家阿基米德（阿基米德同樣也是這位國王的親戚），讓他來幫忙解決這個問題。
想要知道皇冠是否摻假，最直接的辦法就是將皇冠切開，看其內部狀況，但這樣一來皇冠也就被破壞了，顯然這個辦法是行不通的，那么還有什么辦法可以在不破壞皇冠的前提下，知道皇冠是否摻假了呢？阿基米德雖然學問非常高，但這個問題卻也讓其寢食難安。
隨著距離向國王報告的日期越來越近，這個問題的解決還是沒有眉目，多天的廢寢忘食使得阿基米德胡子拉碴，衣服也是臟兮兮的，于是阿基米德決定先去洗一把澡，之后再向國王說明情況。

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阿基米德伴著沉思走進洗澡的大水桶，就在他緩緩躺下，看著那慢慢溢出水桶的洗澡水時，想到這溢出的水的體積等于自己浸入水中身體的體積，突然阿基米德愣住了，轉而跳出水桶，朝著皇宮狂奔而去，一邊跑一邊大叫：找到啦！找到啦！
來到皇宮的阿基米德欣喜的向國王說道：我終于找到問題的關鍵了。于是讓周圍的侍從取來三樣東西，分別是：黃金、皇冠、白銀，并且這三樣東西的質量是相等的，再端來三盆水，將這三樣東西放入水中，只見三個盆子中都有水溢出來，阿基米德叫侍從將三份溢出來的水分別裝取起來，向國王和眾大臣問道：大家看這三份水有什么不一樣的地方？眾人回答道：看著沒什么區別啊，只是三份水的體積各有不同。
阿基米德笑道：沒錯，這三份水的體積都不相同，而這恰恰說明了皇冠并非純金打造，而是內部摻了其它金屬。
阿基米德進一步解釋：我們都知道每種物質都有自己的密度，黃金和白銀的密度是不相同的，而在質量相等的情況下，密度不同就體現為物體的體積不一樣，這是很容易理解的。而物體放入水中勢必要占取水中的部分體積，而這個體積自然是物體自身浸入水中的體積，同樣也是溢出水的體積。
知道了這點，我們就可以借此來判斷皇冠是否摻假了，因為我拿來了和皇冠等重的金塊，因為都是黃金，因此大家的密度是一樣的，所以體積也是一樣，那么再放入水中后，溢出水的體積理應是一樣的，但事實卻不是這樣，那么只能說明一點，皇冠并非由純金打造。
聽到這樣的解釋，國王以及眾大眾無不嘖嘖稱贊，這樣的方法實在是高。

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不過阿基米德并沒有就此停步，畢竟只是利用了物體排開水的體積等于自身浸入水的體積這條常識，而物體在水中受到的浮力到底與什么有關呢？
阿基米德發現當一塊物體沉入水中時，如果用秤在水中稱量那塊物體，會發現它的重量相比于空氣中減輕了，而減輕的那部分重量，恰好與溢出水的重量相等。
在經過多次實驗后，阿基米德就提出了著名的浮力定律：物體在液體中受到的浮力，等于其排開液體的重量。
上面就是阿基米德發現浮力定律的故事，雖然故事的真偽性值得懷疑，但浮力定律的確是由阿基米德第一個提出，在他的著作《論浮體》有過講解。
不過本文并未結束，在開頭的幾段中我們還說過有一些更加深刻思考，那么這個思考是什么呢？先再來看一則典故。
相傳在三國時期，有人給曹操進貢了一頭大象，曹操和百官們都沒有見過這種動物，看著龐大的身軀，便想知道這頭大象的重量，可是因為大象的體型過于龐大，平常用的秤都沒法稱量，大家都很犯難。
此時曹操年幼的兒子曹沖卻說道：我有辦法。
將大象帶到一個小湖旁，準備一艘船，先讓大象上船，此時船身定會下沉，在船身上刻下水位；之后將大象移出，再往船上增添石塊，待到船身再次下降到之前刻下的水位時就停止添加石塊，此時船上石塊的總重量就是大象的體重。

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不得不說，曹沖的方法確實非常巧妙，因此這個典故也經常出現在小朋友的普及讀物種，然而這個典故時值得人們深思的，倒不是其中的奧妙原理，而是關鍵的一點：既然我們古代有曹沖稱象，那為什么我們沒有發現浮力定律呢？
有人說曹沖稱象是則虛構的典故，但這并不是問題的重點，畢竟我們的文明有數千年的歷史，曹沖稱象中利用的方法絕對不可能僅此一家，換句話說，就相當于古人曾無數次利用了浮力去解決問題，但為什么始終都沒有總結出清晰明確的浮力定律呢？

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這種問題往大了講，實際上就是著名的"李約瑟難題"：為什么近代科學沒有從中國誕生呢？往小了說，從經驗到本質的科學原理，我們到底中間差了哪一環？首先可以肯定的一點，我們古人是絕對不缺乏智慧的，否則輝煌的五千年文明從何談起？
【科學史話阿基米德和浮力定律】既然如此，那到底是什么導致了雖然我們有龐大的經驗儲備，但近代科學卻為何不是從我國發展起來的呢？