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1、流体力学的伟大发现

 沙金泰 2020-01-25

古希腊时,阿基米德这位天才的智者,于公元前287年,出生在希腊西西里島東南端的叙拉古城附近的一个小村庄贵族家中家庭十分富有IMG_256,他的父亲是天文学家和数学家,学识渊博,为人谦逊。所以他从出生后,就象普通人家的孩子一样,受到了优越家庭环境的影响。从小就对数学、天文学,特别是古希腊的几何学产生了浓厚的兴趣。大概在他九岁時,父亲送他到外地的埃及的亞历山大城读书。

在经过許多年的求学历程后,阿基米德回到故乡—敘拉古。

公元前267年,阿基米德被父亲送到埃及的亚历山大城跟随欧几里得的学生,埃拉托塞和卡农学习。

亚历山大城位于尼罗河口,是当时世界的知识、文化贸易中心,学者云集,人才荟萃,被世人誉为“智慧之都”。

包括有名的几何学大师—欧几里德,阿基米德在这里学习和生活了许多年,他兼收并蓄了东方和古希腊的优秀文化遗产,对其后的科学生涯中作出了重大的影响,奠定了阿基米德日后从事科学研究的基础。

阿基米德在十分优越的环境里,作了好几十年的研究工作,並在数学、力学、机械方面取得了許多重要的发现与成就,那句“给我一个支点,我会撬动地球”的话,就出自阿基米德的口中,他被人们誉为,上古時代欧洲最有建树的科学家之一。

据说阿基米德经常為了研究而废寝忘食,当你走进他的住处时,就会发现随处可見的数字和方程式,地上则是画滿了各式各樣的图形,墙上与桌上也无法幸免,都成了他的计算板,由此可知他旺盛的研究精神。

阿基米德惊人的研究精神,被公众口口相传赞誉,甚至连国王、宫廷大臣也十分欣赏这位智者的聪慧,公众及这些权贵们,也经常给他出一些难题,让阿基米德去解決。

相传叙拉古赫农王,让著名的工匠替他做了一顶纯金的王冠,做好后,国王疑心工匠在金冠中掺了假,但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重,到底工匠有没有捣鬼呢?既想检验真假,又不能破坏王冠,这个问题不仅难倒了国王,也使诸大臣们面面相觑。像过去国王遇到难题一样,国王想到了阿基米德,国王想,像这样难以解答的问题,在世界上也只有阿基米德才能给出正确的答案。于是,国王立即派人前去传话阿基米德,请阿基米德来检验这个金王冠的真假。

阿基米德接见了皇宫使者,当他听到国王召见他时,他习惯的点了头,随后跟随者皇宫使者急匆匆地向皇宫走去。在皇宫阿基米德亲自聆听了国王的这个问题,当时,阿基米德感到这个问题很棘手,不能马上回答过国王的问题,他想了想说:“陛下,这个问题我也不能一时说清,或许我的实验可以回答您的问题,请允许我几日后答复陛下。”国王笑了笑说道:“我想这个问题,放在你的实验中决定不是问题。”

阿基米德回家后,最初二天闭门谢客,冥思苦想了几天,但百思不得其解,难道这个被认为当时世界上最难的问题,连我阿基米德也无法回答?

那天,阿基米德对这个问题实在是无计可施,但精神也感到十分的疲惫。于是,他就跳进木桶中洗澡,阿基米德边洗澡边思考,当他坐进木制澡盆里时,看到澡盆中的水往外溢,同时感到身体被轻轻托起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法,来确定金冠的比重。

忽然他兴奋地跳出澡盆,连衣服都顾不得穿好就跑了出去,大声喊着“我知道了!我知道了! ”。人们看到这位智者兴奋的样子,都惊得目瞪口呆,有一些路人也不明白是怎么回事。经过了进一步的实验,他认为这些实验给他做了有力的证明,马上就穿上衣服来到了王宫。

他进王宫后,对国王说:“请允许我先做一个实验,才能把结果报告给您。”国王同意了。阿基米德将与皇冠一样重的金子、一块银子和皇冠,分别一一放在水盆里,看金块排出的水量比银块排出的水量少,而皇冠排出的水量比金块排出的水量多。
    阿基米德对国王说:“皇冠掺了银子!”国王看了实验,没有弄明白,让阿基米德给解释一下。阿基米德说:“一公斤的木头和一公斤的铁比较,木头的体积大。如果分别把它们放入水中,体积大的木头排出的水量,比体积小的铁排出的水量多。我把这个道理用在金子、银子和皇冠上。因为金子的密度大,而银子的密度小,因此同样重的金子和银子,必然是银子的体积大于金子的体积。所以,同样重的金块和银块放入水中,那么金块排出的水量就比银块的水量少。刚才的实验表明,皇冠排出的水量比金块多,说明皇冠的密度比金块的密度小,这就证明皇冠不是用纯金制造的。”阿基米德有条理的讲述,使国王信服了。实验结果证明,那个工匠私吞了黄金。站在旁边的工匠早吓得筛了糠。

 这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗了国王,阿基米德从中发现了浮力定律:物体在液体中所获得的浮力,等于他所排出液体的重量。一直到现代,人们还在利用这个原理,计算物体比重和测定船舶载重量等,后来人们把这个定律做阿基米德定律。

阿基米德在75岁时,在一次战争中被占领者的一个冲进他家中的士兵杀死,他临终时,还在证明他的几何题。后来西西里岛的著名政治家西塞罗,游历叙拉古时有心去凭吊这位伟人的墓,众人借助镰刀辟开小径,发现一座高出杂树不多的小圆柱,上面刻着的球和圆柱图案赫然在目,这久已被遗忘的寂寂孤坟终于被找到了,墓志铭仍依稀可见,大约有一半已被风雨腐蚀,依此辩认出这就是阿基米德的坟墓,并将它重新修复了。

又两千年过去了,随着时光的流逝,这座墓也消失得无影无踪。有一个人工凿砌的石窟,宽约十余米,内壁长满青苔,被说成是阿基米德之墓,但却无任何能证明其真实性的标志,而且不时有“发现真正墓地”的消息,令人难辨真伪。 

他和当时几百年前后的其他许多智者精英,比如像柏拉图、亚理士多德、苏格拉底等人,创造了许多永垂史册的灿烂文化,2000多年前就有了许多的发现和发明。这些智者在天文学、数学、物理学等许多领域,做出了前无古人后无来者的贡献,其中关于阿基米德的故事当然不会很少,这些故事都使人怀念这位数学家和他创建的浮力定律。

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