浮力原理發現前,人們就對浮力有一定理解,並應用到生產上去了。先秦技術著作《考工記》就有記載。當時的造車工匠利用浮力來檢驗車輪的重量分布是不是勻稱:車輪造出來以後,平放入水,如果它各部位浮起同樣高,那麼車輪就算是造得勻稱的。
看來秦漢時代浮力原理的應用很有進展。三國、西晉間的學者陳壽(233—297)編寫的《三國誌》,就記載了曹衝(196—208)利用浮力原理稱量大象的有趣故事。曹衝是東漢末期的實際統治者曹操(155—220)較小的一個兒子,才智超人。據說他才四五歲的時候,智慧就達到一般成人水平。東吳統治者孫權(182—252)曾向曹操贈送了一頭大象。我國南方當時大象還不少,是屬於亞洲象,體重可以達到5噸。曹操心血來潮,忽然想知道那頭大象的體重。這可叫手下人著難了,因為當時的秤隻有天平和不等臂秤,都不能一次秤量上萬斤東西。這時曹衝隻有7歲,卻想出了一個妙法。他說:“隻要將大象趕到船裏,記下吃水深度;再將大象趕出來,往船裏裝上每件都能稱量的貨物,一直裝到原來標記的吃水深度為止;最後逐件稱量這些貨物,將它們的重量加到一起,就得到大象的體重。”曹操聽了兒子的這番話,簡直樂壞了,馬上如法炮製,稱出了大象的體重。
有人說,印度也有類似的故事,而且產生的時代早於中國,並通過佛教傳入中國,曹衝稱象是印度故事的翻版。我們認為這種論斷是證據不足的。我國的墨家早於古希臘阿基米德發現浮力原理,討論過影響吃水深度的因素;當時的工匠還將這作為車輪質量分布是否勻稱的常規檢驗的根據。我國是最有條件產生像曹衝稱象那樣的巧妙方法的國家之一。在找到更有力的反證以前,《三國誌》中的這條記載不能輕易否定。因為陳壽與曹衝生活的年代相隔得並不是很遠。事實上,人類認識事物有驚人的共性。不同的民族,在他們的文明發展到相似程度的時候,往往會產生相同的成就。古代中國、印度、希臘類似的成就不少,可是它們一般是各自獨立取得的。在紀元前幾百年,由於地理上的阻隔,中國與印度、希臘之間的科學技術交流是很不容易的。
知識點
《考工記》
《考工記》是中國目前所見年代最早的手工業技術文獻,該書在中國科技史、工藝美術史和文化史上都占有重要地位。在當時世界上也是獨一無二的。全書共7100餘字,記述了木工、金工、皮革、染色、刮磨、陶瓷等6大類30個工種的內容,反映出當時中國所達到的科技及工藝水平。此外《考工記》還有數學、地理學、力學、聲學、建築學等多方麵的知識和經驗總結。
關於《考工記》的作者和成書年代,長期以來學術界有不同看法。目前多數學者認為,《考工記》是齊國官書(齊國政府製定的指導、監督和考核官府手工業、工匠勞動製度的書),作者為齊稷下學宮的學者;該書主體內容編纂於春秋末至戰國初,部分內容補於戰國中晚期。
延伸閱讀
從璞口瞪兒談非線性
璞口瞪兒,是一種用玻璃吹製而成的玩具,吹製的辦法是,先將玻璃拉成一根管子,然後將它的端部吹成一個球,最後趁玻璃還軟,在一個微小的平麵上一按,使底平麵略向內凹,待冷卻後即成。玩的時候對著管端輕輕吹氣,當內部氣壓略大時,底兒便變形而實現外凸,隨之哎地一響;然後再吸氣,隨著內部壓力減小,底兒又哎地一響變為內凹,這樣一吹一吸,使響不停,很好玩。璞口瞪兒發明很早,最早研究它時,1939年美國力學家瑪卡門和他的中國學生錢學森,他們將這類問題簡化為一個球殼在外壓作用下失穩問題。後來人們把變形突然跳動稱為彈性突跳。彈性突跳現象在工程中與生活中有不少應用。如計算機或計算器的按鍵,高壓配電的電閘等,就利用彈性突跳元件。璞口瞪兒也是彈性材料,但它的力學變形曲線卻不是線性的,不服從虎克定律,其原因就是,虎克定律研究的是小變形。