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子弹说 | 不靠谱的名人故事(四)阿基米德的浴缸

时间:2017-03-11

从阿基米德的浴缸到伽利略的斜塔,还有牛顿的苹果和瓦特的茶壶

提示:本文共有 1405 个字,阅读大概需要 3 分钟。

我们每个人从小都听过很多名人的故事。从阿基米德的浴缸到伽利略的斜塔,还有牛顿的苹果和瓦特的茶壶。这些故事给他们增添了许多神奇的光环,也让这些名字更加家喻户晓、妇孺皆知。

不过,遗憾的是,我们所熟知的这些故事中,几乎没有一个曾在历史上真实的发生。所有的故事都是当主角已经名扬天下的时候,神话般的故事才纷纷出炉,而且描绘的活灵活现,让人不得不信。

今天就聊聊也曾录入课文的又一个著名的故事---阿基米德量金冠。

很少人不知道阿基米德量金冠的故事,这个传说并非空穴来风,它首先被记载于公元前1世纪罗马的建筑师维特鲁乌斯(Vitruvius)的著作中。根据记载,叙拉古的国王耶罗二世(Hiero Ⅱ)做了一个金冠要献给神 ,但他怀疑金匠私吞了一部分金子,而以同等质量的银子代替,便命阿基米德想办法在不破坏王冠的情况下测出它是否为纯金。

阿基米德冥思苦想,终于在一次洗澡的时候,他发现浴缸里的水随着身体的浸入而不断溢出,于是突然恍然大悟,光着身子跳出浴缸,嘴里还叫着一种多里安方言:Eureka(希腊文的Eüρηκα,意为“我找到了”)!这个词从此被作为灵感来临的象征,成为多少人梦寐以求的时刻。

阿基米德的方法是,把金冠扔进一个盛满水的桶中,测得溢出水的体积。然后把同等重量的纯金也扔进满水的桶中,得到溢出水的体积。如果金冠掺银的话,它的体积就要比同等重量的纯金要大,因此排出的水相应地便多。这听上去当然无懈可击,不过稍作计算的话,很难想像阿基米德真的可以用这种方法来实际地解决问题。

希腊时代的王冠其实就是“桂冠”,也就是像奥运会上那种用橄榄枝围一圈戴在头上的那种“花环”。

从考古实物来说,目前出土的最大的王冠重714克,直径18.5厘米,为了简便,我们往宽里计算,假设阿基米德的王冠重1千克,直径20厘米祇好了。因为纯金的比重是19.3g/cm3,所以1千克重的金子实占体积51.8cm3。

现在假设金匠往王冠里掺了30%的银子,那么银子的比重是10.6 g/cm3,该王冠实占体积差不多是64.6cm3。

把王冠和纯金放进尽可能窄的桶里(王冠直径20cm,则桶口的面积最小是314cm2),王冠能造成0.206cm的水位上涨,纯金则是0.165cm。相比之下,落差只有0.041cm,也就是0.4毫米!

不要说阿基米德时代,就算在现代的中学里,要测出这样一个差值都是相当困难的!而且,任何其他因素,比如水的表面张力,水中的气泡等都能轻易地造成同等的误差,这造成了该方法实际上的不可行。我们的计算还是宽松的:假如王冠再轻一点,掺的银子再少一点,或桶再大一点的话,差值就更加微小了。

实践上的难度暂且不论,罗马建筑师的本意在于颂扬阿基米德的天才成就,然而这个检测方法却是异常拙劣的!更糟糕的是,这里面却没有用到阿基米德本人的伟大发现浮力定律!

其实,如果想称颂阿基米德的话,我们有一种最简单的方法:直接用提秤,把王冠和在空气中同等重量的纯金同时放到水中去称量!因为王冠的体积大,受到的浮力相对也大,所以在水中王冠就会显得比金子要轻,提秤的这端会翘起!如果要使两者在水中保持平衡的话,我们需要在空气中重1012.8g的纯金才行,相对来说,12.8g的差距是容易测量的,我们甚至能从中轻易地得到掺银的比例。而最关键的是,这才是阿基米德伟大之处的真正体现:浮力定律!

如果维特鲁乌斯物理好一点,编造得更聪明一点的话,这个神话也许就没那么容易破灭。

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