浮力原理(浮力原理的应用)

《三国志·舒威》记载:“邓崇子，少聪察其威，生于五六岁，有成人之智。孙权给巨象毛(曹操饰)传话，欲知其重，不可访群。崇:‘若置象之大船上，刻其水痕，称之以载之，则可由学而知’。太祖大岳，即实行之。”这就是曹冲形象的故事，千古传诵，妇孺皆知。

但用船叫东西的方法不是曹冲创造的。《资子》中记载，战国时期，北方人给燕昭王贡献了一头大野猪，取名杨希若。燕昭王派人养了15年。这头野猪长得像坟墓一样大。它的四条腿不能支撑它的身体。燕昭王非常惊讶。他的测命官用大秤称了一下，秤坏了十次，称不了野猪。因此，燕昭王命令水官直立，测量它。紫山，名士，东晋略阳(今甘肃秦安县东南)林微人，一族。他写的《紫山》五卷本早已失传，遗著散见于后人著述中。上述故事被保存在南宋人吴增所著的《能斋芒录》一书中。吴在引用《子曰》后曾指出:“舟楫之量，自时代已有之，非邓艾始。”清代学者邵金瀚同意吴增的说法。

浮力的原理被用来给船上的东西称重。提起浮力原理，人们自然会想到古希腊著名学者阿基米德。传说在公元前3世纪，意大利西西里岛有一个锡拉丘兹王国。有一次，希罗国王让工匠为他制作一顶王冠。皇冠是做出来的，很精致。罗很高兴。他称了称，皇冠的重量和当初给工匠的金子一模一样。他怀疑工匠偷了一些和银子一样重的金子，但他想不出检验的办法。罗向阿基米德求助，条件是皇冠不能损坏。阿基米德知道，通过找到皇冠的比重，他可以确定它是否是纯金。然而，皇冠的形状是不规则的，它被雕刻成凹凸不平的图案。阿基米德虽然精通数学，却找不到计算皇冠体积的公式。他沉思了许多天，不知所措。这一天，他去洗澡。当他踏进装满水的浴缸时，水溢出来了。他突然意识到，一个浸在水中的物体会放出同样体积的水。他终于找到了解决王冠问题的办法。这是阿基米德发现浮力定律的故事。

阿基米德生于公元前281年，公元前212年被罗马人杀死。他活了七十年。阿基米德利用浮力原理为古叙利亚西洛国王鉴定金冠，这件事发生在他晚年。虽然我们不知道燕昭王利用浮力原理用船召唤貘的确切时间，但燕昭王死于公元前272年，他用船召唤貘的下限不可能晚于今年，当时阿基米德才9岁。因此，燕昭王对浮力原理的理解和应用比阿基米德早了几十年。

但是，在中国，燕昭王不是第一个知道浮力原理的人，翟墨应该是第一个揭示浮力原理的人。翟墨是战国初期著名的学者，鲁国人。他创立了墨家，墨经的作者。《莫箐》包括四章:尚敬、夏静、经说上和经说下。《经说》是对《经》的注解，是《经》的附属品。在莫箐有两段关于浮力的原理:

第一段——“荆大，其浅，谓之可得。”(墨家之书，经书)

第二段——“沈，荆之贝也。浅则不浅，易则五分之一。”(《墨经·经书》)。

这两段是相互联系的，其中景要作为刑，刑与形相连，是“形”、“物”、“物”的意思，是“同”。《景》的“被”是错的，应该是“居”。自汉武帝“罢黜百家，独尊儒术”以来，莫箐一直被忽视，鲜有人研究。毫不奇怪，莫箐原本是用许多古文字写成的，但被复制和流传了2000多年，错误百出。

这第一段的意思是:“物体很大，沉在水里的部分很浅。原因是物体的重量等于和平衡于它所受到的浮力。”

这第二段的意思是:“把一个物体放在水里，物体在水里是平衡的。即使它下沉的部分很浅，也不是说它短而浅，(而是一个物体的重量和它的浮力对比的结果)，就像市场上的商品交易一样。根据比价，一件商品可以换五件其他商品。”

了解了莫箐的上述两段话，我们会发现，翟墨对浮力原理有着深刻的理解。翟墨对水中物体的受力做了全面的研究。他不仅看到了物体有浮力的一面，还看到了物体有引力的一面。浮力垂直向上；重力是垂直向下的。重力是物体的重量。物体的起伏取决于这两种力的相互作用。虽然翟墨没有明确指出物体浸没在液体中的浮力等于它所排开的液体的重量，但是从上面两段我们可以看出，他已经知道了浮体浸没在水中的部分(也就是它所排开的液体)与浮体之间的关系。这和希腊阿基米德建立的浮力原理是一致的。

也许有人怀疑翟墨能对浮力原理有如此深刻的理解？我们的答案是肯定的。因为自然科学理论的发现总是以社会生产实践为基础的。从造船业来看，已知中国有七八千年的历史。长江下游发现的新石器时代河姆渡文化遗址距今已有7000多年。出土的有陶船和木浆。3000多年前甲骨文中的“船”字。它由垂直分量和水平分量组成。这个象形文字表明，当时中国已经能够制造木船。“也许防水的仓库墙也是发明的。《左传》中有记载:鲁二十四年(公元前518年)，“为船师，比武将。“后来春秋时期，楚国有水军，能够造战船。战国中期的墓葬中发现了游艇的遗迹，大量的铁箍被用来组装木板。当时中国制造的船结构坚固，接头紧密，水密性强。总之，春秋战国时期，中国的造船业已经达到相当高的水平。当时，当人们想要建造各种类型和用途的船只时，他们不得不考虑船只的承载能力。水密仓壁的目的是提高船只的浮力。船舶生产需要人们研究浮力原理。作为学者和工匠，翟墨擅长木工。他曾经游说楚王阻止楚国对宋国的进攻，去了造船业发达的江南。毫无疑问，他对浮力原理有很深的研究。正是在翟墨揭示了浮力原理之后，浮力原理才在中国古代被广泛应用。燕昭王用船叫貘是应用浮力原理解决真分离问题的最早记录。曹冲对形象的主张是基于燕昭王在科学史上的继承，曹冲自己的主张是其智慧的萌发。在他们之后，还有宋代怀冰和尚用大船打捞因浮力沉入河底的铁牛的故事。

翟墨生活在大约公元前480年到公元前397年。阿基米德在他死后100多年才出生。因此，翟墨应该是世界上第一个发现浮力原理的人。根据国际惯例，我们可以把浮力原理称为“翟墨原理”或“翟墨定律”。