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氨水浓度计的原理
- 2019-06-27-

古希腊世界伟大的科学家阿基米德大约出生于公元前287年,他的祖国是位于南意大利西西里岛的叙拉古。他的父亲是一位天文学家,与叙拉古国王亥尼洛二世有亲戚关系。阿基米德在11岁时,就到埃及的文化中心亚历山大城去学习,进入了欧几里德创办的数学学校,在那里他学习了数学、天文学、物理学等有关方面的知识,氨水浓度计的原理也是基于体积、浮力、水中所受到的重量之间的说明。



阿基米德在亚历山大城学习一段时间后,顿生思乡之情,便回到了自己的祖国——西西里岛的叙拉古。叙拉古城国王见他在国外留学多年,也不问其学识深浅,一见面就给他出了个难题。原来一年一度的盛大祭神节就要来临了,亥尼洛国王交给金匠一块纯金,命令他制造出一顶精巧、华丽的王冠。王冠制成之后,国王拿在手里掂了掂,感觉有点轻。他叫来金匠问是否掺了假。金匠以脑袋担保,并当面用秤来称,王冠与原来金块的重量一两不差。但是,如果掺上别的东西也是可凑足重量的。国王既不能肯定有假,又不相信金匠的誓言,于是把阿基米德找来,要他解此难题。


一连几天,阿基米德闭门谢客,冥思苦想,由于实心的金块与镂空的王冠外形不一样,不把王冠砸碎铸成金块,便无法求算其体积,也就无法验证是否掺了假,他绞尽脑汁也没有想出一个好办法。


这阿基米德有一个怪毛病,家里桌上有了灰尘,从不让擦掉,他要在桌上画个半天,因为当时还没有纸笔。更有甚者,他还常在自己身上涂画。当时人们用一种特制的泥团当肥皂。这天,他准备洗澡,可是刚脱了上衣,就抓起一团泥皂在肚子上、胸脯上涂画起来,画了三角又画圆,边画边思考那顶恼人的王冠。这时他的妻子走进来,一看就知道他又犯毛病了,二话没说,便一把将他推入浴池。他一面挣扎,一面喊道:“不要弄湿了我的图形!”但是哪由分说,夫人逼阿基米德洗澡,也是常事了。他话音还没落,已“扑通”一声跌入浴池中,夫人掩门而去。谁知这一跌却使他的思路从那些图形的死胡同里解脱出来,他注视着池沿,原来池水很满,他身子往里一泡,那水就顺着池沿往外溢,地上的鞋子也淹在水里,他急忙探身去取。而他一起身水又立即缩回池里,这一下他连鞋也不取了,又泡到水里,就这样一出一人,水也一涨一落。夫人刚走出门外,正要去干别的事,忽听那水池里啪啦啦地响,水唰啦啦地在地上乱流。她停步返身,正要喊:“连洗澡也不会了啊!”忽然阿基米德光着身子,湿淋淋地冲出门来把她碰了一个趔趄,她忙伸手去抓,滑溜溜地没有抓住。这时,阿基米德已冲到街上,高喊着“优勒加!优勒加!(意即找到了)”夫人这回可真着急了,嘴里嘟囔着“真是疯了,”便随后也追了出去。街上的人不知发生了什么事情,也都跟在后边追着看。阿基米德头也不回地向王宫跑去。


原来,阿基米德由澡盆溢水联想到王冠也可以泡在水里,溢出水的体积就是王冠的体积,而这体积与同等重的金块的体积应该是相同的,否则王冠里肯定有假。也就是说,同等重量的东西如果泡进水里而溢出的水不一样,那肯定它们是不同的物质。每一种物质和相同体积的水都有一个固定的重量比,这就是比重。直到现在,物理实验室里还有一种求比重的仪器,名字就叫“优勒加”,以纪念这一不寻常的发现。


阿基米德跑到王宫后立即找来一盆水,又找来同样重量的一块黄金,一块白银,分两次泡进盆里。白银溢出的水比黄金溢出的几乎要多一倍(现在我们已确切地知道,白银的比重是10.5,黄金的比重是19.3)。把王冠和金块分别泡进水盆里,证实王冠里确实是掺了白银。通过这件事,国王对阿基米德的学问佩服至极。


烦人的王冠之谜总算解决了,阿基米德那愁锁的眉头刚刚舒展了一点,可是心里又结上了另一个疙瘩,他的思维永不肯停息。原来,希腊是个沿海国,自古航海事业发达。阿基米德自从在澡盆里一泡,发现物体排出的水等于其体积后,那眼睛就整天盯住海里各种来往的货船,有时在海滩上一站就是一日。那如痴如醉的样子常引得运货的商人和水手们在他的背后说三道四。这天他和好友柯伦又到海边散步,还没有走多远就停在那里。柯伦知道他又有什么想法了,正要发问,阿基米德却先提出一个问题:“你看,这些船为什么会浮在海上?”


“这很简单,因为它们是木头做的。”


“你是说,只有比水轻的东西才可以浮在水上吗?”


“当然只能如此。”


可是你看那些人从船上背下来的箱子,那些金银玉器,那些刀枪兵器,哪个不比水重,为什么它们装在船上就不会沉到水里?”


柯伦一时答不上来。阿基米德又说:“我要是把一艘船拆成一块块的木板,再把木板和那些货物捆在一起,抛到海里,你说会不会沉入海底?”


柯伦惊得目瞪口呆。


“老朋友,你真的要拆一艘货轮作试验吗?”他知道阿基米德搞起实验来是什么都想得出、干得出的。


阿基米德淡淡一笑说:“不会,不会。”他从柯伦吃惊的眼神里知道自己在别人眼里好像是疯子。“我想,我们总会找到另外的实验办法的。”


从此后,海滩上就再也看不见这一对好友的身影了。原来,他们呆在家里,围着陶盆,要寻找“浮力”。阿基米德把一块木头放在满满一盆水里,陶盆排出的水量正好等于木头的重量,他记了下来;又往木头上放了几块石子,再排出的水又正好等于石子加木头的重量,他也记了下来;他把石头放到水里,用秤在水里称石头,比在空气中称轻了许多;这个轻重之差又正好等于石头排出的水的重量……。阿基米德将身边能浸入水的物体都这样一一试验,终于拿起一根鹅毛笔在一张小羊皮上郑重地写下了这样一句话:


“物体在液体中所受到的浮力,等于它所排出同体积的液体重量。”


接着他将那些实验数据整理好,开始书写一本人类还从没有过的科学新书《浮体论》。这本书当时没有印刷出版,书的手稿在阿基米德死后2000年才在耶路撒冷图书馆被人发现。


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