古代對浮力的認識和應用

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大約在殷商時期,我們的祖先就開始認識和應用浮力了,是世界上應用浮力最早的國家之一。當時是利用較大的獨木,從中間挖成槽形,放在江河的水中漂流,稱為獨木舟。人們利用它來載人和裝運收獲的獵物。后來又發(fā)展到用木板做成船體,在江河中代替獨木舟航行。隨著生產(chǎn)和技術的發(fā)展,以后各個朝代對船的形狀和結構又進行了多次改進,使木船不僅能在內(nèi)河、湖泊中航行,還制造了能適用于大海、大洋中航行的大型船舶。明朝時的鄭和出使西洋用的大型“寶船”船隊,其船體在結構上合理、精致、美觀,都達到了古代造船工藝史上的顛峰。這一偉大的成果,是古代造船史上非常光輝的業(yè)績,是我們祖先對世界航海事業(yè)作出的偉大貢獻。

浮橋是我國古代歷史上應用浮力的偉大奇跡,在公元前8世紀周朝時就得到了廣泛的應用。在以后的年代,發(fā)展到不僅可以在小河上架起浮橋,而且像黃河這樣的大河上也架起了浮橋。相傳在11世紀初,在蒲州附近潼關以北的黃河上曾架起一座很大的浮橋,浮橋的纜繩用8只鐵牛系住,這些鐵牛立于兩岸,每只鐵牛重數(shù)萬斤。后來由于洪水泛濫,浮橋被沖垮,鐵牛也沉入河中。如何把鐵牛打撈起來,在當時的條件下,是比較困難的。和尚懷丙派人潛入水中,用鐵索把鐵牛和兩只裝滿泥土的大船系在一起,然后再把船中的泥土除去,利用大船所受的浮力,把鐵牛拉上來。

利用物體的沉浮原理估測液體的密度,在我國的宋、元時代已經(jīng)開始。根據(jù)有關文獻記載,密度的測定主要是和古代的制鹽業(yè)密切聯(lián)系的,即由于估測鹽水的需要,發(fā)展了液體密度的測量技術,為曬鹽業(yè)提供了條件。11世紀,姚寬在臺州做官時,為了檢查鹽商是否舞弊,他首創(chuàng)了一種簡單的估測鹽水密度的方法。選用體積大體相同,而質(zhì)量不同的蓮子十粒,當把蓮子放在鹽水中時,如果這些浮沉子──蓮子有5粒以上浮起,說明鹽水是最濃的;如果有三四粒蓮子浮起,說明此鹽水是濃鹽水;如果不足3粒蓮子浮起,說明此鹽水是稀鹽水。到了元代,經(jīng)進一步改進,制造了便于攜帶的簡單裝置。取四個蓮子,分別用四種不同濃度的鹽水浸泡,放在一個竹筒內(nèi),便成為簡單的測定鹽水濃度的裝置。如果要測某種鹽水的濃度,只要把待測鹽水的一小部分裝入筒內(nèi),觀察各類蓮子浮起的情況,便可以估測鹽水的濃度。到了明代,測定鹽水濃度的方法進一步簡化,選一粒輕重合適的蓮子,放在竹筒內(nèi),當把待測的鹽水放入竹筒中時,如果蓮子浮在水面上成橫倒形,則鹽水最濃;如果成垂直形,則鹽水次濃;如果蓮子沉而下浮,則鹽水不濃。我國古代這種簡單估測鹽水濃度的方法,與現(xiàn)代密度計的原理相似,這說明我國古代對浮力的研究與應用已經(jīng)相當深入了。


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