阿基米德原理是如何推导出来的?该原理能实现吗?

在中学的物理课本中,同学们已经初步学习了浮力原理,即浸没在液体中的物体会受到垂直向上的浮力,其大小等于该物体排开的液体所受到的重力 。这个定理是希腊学者阿基米德最先发现的,因此也称其为阿基米德原理 。
但是,在中学物理课本中,并没有详细讲述该原理的来龙去脉 。实际上,阿基米德原理是前面在第32期“咖啡壶奥秘”中提到的中学课本中压强基本概念的一个重要推论 。基于静止流体中压强的基本公式,本文详细地给同学们介绍一下阿基米德原理的推导过程及其相关的一些知识点 。
浮力定律又叫阿基米德定律,它的发现者是古代著名的科学家阿基米德 。
【阿基米德原理是如何推导出来的?该原理能实现吗?】阿基米德在反复实验之后,总结出一条规律,那就是物体浸在任何一种液体中时,该物体浸入的体积都等于所排出的液体的体积,因此,物体所受的液体浮力一定与所排开的液体重量相等 。这就是流体静力学中的一条重要规律——浮力定律 。
关于这个定律的发现,还有一个有趣的故事呢 。
传说,当时叙拉古国王希罗想要制作一顶纯金的皇冠,就让大臣交给珠宝工匠一锭称过重量的金子 。珠宝工匠夜以继日,很快就制好了精美绝伦的皇冠 。国王看了十分高兴 。然而这个国王是个多疑之人,他担心工匠在皇冠中掺了假,盗走一部分黄金 。于是,命令左右大臣去调查此事 。
大臣们束手无策,国王无奈,只好请来了他的远房亲戚——著名的宫廷科学家阿基米德,希望他能解决这个难题 。
阿基米德答应了国王的请求,回到家后就开始思考解决难题的办法 。他冥思苦想、茶饭不思 。日子一天一天地过去了,阿基米德还是一筹莫展,他几乎想放弃这项任务 。
国王等了一阵子不见回信,便派人催阿基米德进宫汇报情况 。由于阿基米德整天泡在实验室里工作,胡子拉碴,一副脏兮兮的样子,于是他决定先洗个澡再进宫去 。阿基米德走火入魔了一般,就是去了叙拉古的公共浴室,也仍没有停止思考 。泡在浴盆里时,阿基米德仍在思忖着那个难题,甚至连浴盆里的水已经放满了都没有觉察到 。当他坐进浴盆时,突然发现了一个奇怪的现象:他坐进浴盆里,当水溢出盆外时,感到自己的身体略略往上漂浮,身体浸没在水中的部分越多,溢出的水就越多,身体就感到越轻,也就是说,水的托力就越大,当他跨出浴盆后,发现盆中的水少了很多 。这个司空见惯的现象却激发了阿基米德的灵感,他从中受到启发,发现了一个极其重要的科学原理 。
古希腊物理学家阿基米德像
阿基米德顿时如醍醐灌顶,豁然开朗,他大叫起来:“解决皇冠的办法找到啦!”欣喜若狂的他顾不上洗澡,一边喊一边向皇宫狂奔而去 。
赶到皇宫的阿基米德并没有急着告诉国王他的发现,而是请求国王允许他先做一个实验 。国王虽然心急如焚,但也只能点头同意 。阿基米德在国王和大臣们面前进行了如下实验:他取来与皇冠一样重的一块白银和一块黄金,依次将白银、黄金和皇冠浸入一个盛满水的容器里,仔细观察在3种情况下溢出水的数量 。结果,浸入皇冠时所溢出的水的数量,介于黄金和白银所排溢的水的数量之间 。通过这种方法,阿基米德得知这顶皇冠不是纯金也不是纯银,而是金子和银子的混合物 。阿基米德立即告诉国王:皇冠一定掺了假,绝不是纯金制成的!国王得知这一消息之后,自然没有轻饶了那个造假的珠宝匠 。
阿基米德作为一名科学家,并没有浅尝辄止,仅仅满足于皇冠问题的解决,经过反复实验,终于发现了伟大的浮力定律 。后来,人们为了纪念这位伟大的科学家,就将浮力定律命名为“阿基米德定律” 。

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