古人做事未必都是在使蛮力,比如小时候学过的《曹冲称象》,还有《捞铁牛》,这些都是古人借鉴“水有浮力”的原理,将原本看上去很难办的一件事轻松自如的就给办妥了。特别是捞铁牛,利用了水的浮力将水牛从河里拖出没错,但是有一个细节,在人们“捞铁牛”的过程中是先从船上往水里铲沙子,使铁牛在河底足够拔高后才借助水的浮力来拖,那这是为何呢?省了这一步不行吗?
《捞铁牛》《捞铁牛》这是收录在小学课本里的一则古代科学趣闻,原文出自明代冯梦龙《智囊全集》的《打捞铁牛》。冯梦龙是我国明代著名的文学家、思想家和戏曲家,他以写作中国白话短篇小说见长,《捞铁牛》正是其中的一篇代表佳作。
一起来读读关于《捞铁牛》的故事:
在宋朝,有一次黄河发大水,一座浮桥被冲断,原本,这座浮桥是用黄河两岸的八只大铁牛拴住,如今也被大水冲走,并深陷在河底的淤泥里。当洪水退却,人们打算重修浮桥,可天下又有哪个力大无穷的神人能够将深陷淤泥中的铁牛捞上来呢?正当人们打不定主意的时候,这时候,来了个叫做怀丙和尚给出了个好主意。
▲《捞铁牛》和尚先请一位熟悉水性的人到河底摸清铁牛具体所在位置,并将之记下来。然后又让人准备了两条特别大的木船,又将船舱装满泥沙,一起划到铁牛所在位置。这时候,和尚让人将两只木船并排紧紧拴在一起,然后在上面用很结实的木料搭了个架子,并跨在船上。接着,让那位熟悉水性的人带了根很粗的绳子潜入水底,将绳子的一头牢牢拴住铁牛,而绳子另一头则系在两只大船之间所搭木架上。
捞铁牛当一切前提工作做好,和尚让人开始将船上的泥沙全部铲到河里,就这样,铲着铲着船上的泥沙越来越少,船身在慢慢上浮,系住铁牛的绳子也越绷越紧……最后,靠着水对船的浮力增加,深陷淤泥中的铁牛逐渐被一点点拔了出来。当船上的泥沙被铲完,铁牛也彻底离开河底。此时,和尚并不急着将铁牛捞上来,而是让水手们使劲将船划向岸边,然后众人一齐使力,终于将这只笨重的铁牛拖到了岸上。
如此这般,依照之前的办法,剩余的七只铁牛也一只只都被顺顺利利,轻轻松松地给拖了回来。
《捞铁牛》故事中包含的科学依据“阿基米德原理”:
在《捞铁牛》这则故事中,那八只笨重的大铁牛之所以能够如此轻松的就被拉上岸,主要原因是在于那位叫做怀丙的和尚,他老早就参透了今天我们物理学中所提到的一个著名原理,叫做“阿基米德原理”,又称“浮力定律”。而且《捞铁牛》这则故事所运用的智慧,其实和《曹冲称象》中运用到的智慧是一样的,都是借助了水的浮力作用顺利将原本看似不可实现的事情给轻松办成功的。
“阿基米德原理”的运用“阿基米德原理”是这么定义的:
浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。物体受到浮力的大小是由液体的密度,它排开的液体的体积所决定的,而与物体浸在液体中的深度、物体的质量、密度及物体的形状无关。
“阿基米德原理”的数字表达式为:
F浮=G排=ρ液gV排。
“阿基米德原理”起作用的范围界定:
阿基米德“浮力”原理的发现,为流体静力学奠定了基础。另外,在这一原理的使用上,它对全部或部分浸入静止流体中的物体完全使用,只是前提条件是要求物体的下表面部分必须与流体接触。比如像浸入水中的桥墩,或者沉到河底的船,阿基米德“浮力”原理对它无效。
《捞铁牛》正因为阿基米德“浮力”原理所界定的起作用的范围是“要求物体的下表面部分必须与流体接触”这一前提条件,所以,在《捞铁牛》中,那深陷入河底淤泥中的八只笨重铁牛,由于它们的底部完全脱离流体的接触,因此阿基米德“浮力”原理对它们则是完全失效的。因此,在捞铁牛的过程中,只有先通过“借力打力”的方法,通过在船上向河中铲沙子,利用浮力对船的作用将铁牛从淤泥中拔出,使之底部彻底浸润在水中,这样,阿基米德“浮力”原理才对铁牛完全有效。
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