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阿基米德:浴缸里发现浮力定律 || 张天蓉

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阿基米德:浴缸里发现浮力定律 || 张天蓉

张天蓉:物理学者,科普作家,美国德州奥斯汀大学理论物理博士。2012年开始在科学网发表一系列科普博文,其文风深入浅出,趣味盎然,亦保持科学的严谨性。著有 《蝴蝶效应之谜:走近分形与混沌》、《世纪幽灵:走近量子纠缠》、《数学物理趣谈:从无穷小开始》、《上帝如何设计世界——爱因斯坦的困惑》、《电子,电子!谁来拯救摩尔定律?》、《爱因斯坦与万物之理:统一路上人和事》、《永恒的诱惑:宇宙之谜》等。 其中的《上帝如何设计世界:爱因斯坦的困惑》一书,入选了“2015年度影响力图书“ 。

在古希腊的时候,所有的科学都没有区别,几乎每个科学家都是全才:既是数学家,又是物理学家,也是哲学家。大概因为那时候科学的水平还比较低,完全不同于现在这种“隔行如隔山”的局面。并且,令我们现在搞科学的人妒忌的是:那时候的科学家们,所思考的都是“大”问题:宇宙、天地、星星、月亮,生命的起源,万物的秘密……。那个年代可能也只有这种大问题可想,因为人类的知识宝库里还只有简略的几条框框,没有这个定律那个定理、这个技术那个工程的。既没有繁杂无比的公式可推导,也不需要用计算机编程序来进行十天半个月之久的大量数字计算,因此,科学家们动脑袋的时间多,因而几乎全都是杰出的思想家。

阿基米德浮力故事

阿基米德浮力故事

阿基米德(公元前287年—公元前212年)便是这样的思考“大”事情的一个古希腊伟大人物。他被认为是历史上最伟大的数学家之一,同时又是伟大的物理学家。不过,阿基米德除了思考之外,动手能力也极强,因此,他被冠以的头衔很多:哲学家、数学家、物理学家、发明家、工程师、天文学家。

阿基米德距离我们的时代已经两千二百多年,但他对数学、物理、天文等的造诣之深,不得不令我们现代人也惊叹万分,特别是前几年才使用现代科技方法恢复重现的阿基米德当年手稿:“失落了的羊皮书”,让我们真正见识了这位伟人的超时代智慧。

阿基米德在数学上成就非凡,他利用他发明的“逼近法”,算出球面的面积、球体的体积、椭圆和抛物线等等所围成的平面图形的面积,他还研究出螺旋形曲线,即现代称之为“阿基米德螺线”的性质。直到一千八百多年之后,牛顿和莱布尼茨才依据类似的极限思想,发展成了近代的“微积分”概念。

物理上,阿基米德发现浮力定律的故事被广为流传。据说阿基米德为了帮助叙拉古的国王戳穿金匠掺假造皇冠一事,得想办法测量出形状复杂的皇冠的体积,为此阿基米德绞尽了脑汁未得其法。后来有一天,当阿基米德正浸泡在浴盆里洗澡的时候,看见盆中的水面,随着自己身体浸下去而升高,从中突然悟出了问题的答案:“如果将皇冠浸入水中的话,盆中水的体积的增加便应该等于浸在其中的皇冠的体积”。这时,兴奋激动无比的阿基米德从浴盆跳了出来,光着身体就跑了出去,还边跑边喊“尤里卡!尤里卡!”,尤里卡是希腊语,意思是“我发现了”。阿基米德当时所发现的,便是我们现在熟知的“阿基米德浮力定律”。

在天文学方面,阿基米德曾经制作了一座运行精确的天象仪,球面上有太阳、月亮、及五大行星,可以展示太阳系的运行,还能预测近期内将发生的月食和日食。阿基米德甚至开始怀疑地心说,脑海中已经产生了距离他一千六百多年之后哥白尼提出的日心说的朦胧猜想。


(未完待续)

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