水有浮力，《撈鐵牛》為何先將鐵牛往上拔後，才在水裡拖動自如？

水為什麼有浮力

古人做事未必都是在使蠻力，比如小時候學過的《曹衝稱象》，還有《撈鐵牛》，這些都是古人借鑑“水有浮力”的原理，將原本看上去很難辦的一件事輕鬆自如的就給辦妥了。特別是撈鐵牛，利用了水的浮力將水牛從河裡拖出沒錯，但是有一個細節，在人們“撈鐵牛”的過程中是先從船上往水裡鏟沙子，使鐵牛在河底足夠拔高後才藉助水的浮力來拖，那這是為何呢？省了這一步不行嗎？

《撈鐵牛》

《撈鐵牛》這是收錄在小學課本里的一則古代科學趣聞，原文出自明代馮夢龍《智囊全集》的《打撈鐵牛》。馮夢龍是我國明代著名的文學家、思想家和戲曲家，他以寫作中國白話短篇小說見長，《撈鐵牛》正是其中的一篇代表佳作。

一起來讀讀關於《撈鐵牛》的故事：

在宋朝，有一次黃河發大水，一座浮橋被沖斷，原本，這座浮橋是用黃河兩岸的八隻大鐵牛拴住，如今也被大水沖走，並深陷在河底的淤泥裡。當洪水退卻，人們打算重修浮橋，可天下又有哪個力大無窮的神人能夠將深陷淤泥中的鐵牛撈上來呢？正當人們打不定主意的時候，這時候，來了個叫做懷丙和尚給出了個好主意。

▲ 《撈鐵牛》

和尚先請一位熟悉水性的人到河底摸清鐵牛具體所在位置，並將之記下來。然後又讓人準備了兩條特別大的木船，又將船艙裝滿泥沙，一起劃到鐵牛所在位置。這時候，和尚讓人將兩隻木船並排緊緊拴在一起，然後在上面用很結實的木料搭了個架子，並跨在船上。接著，讓那位熟悉水性的人帶了根很粗的繩子潛入水底，將繩子的一頭牢牢拴住鐵牛，而繩子另一頭則系在兩隻大船之間所搭木架上。

撈鐵牛

當一切前提工作做好，和尚讓人開始將船上的泥沙全部鏟到河裡，就這樣，鏟著鏟著船上的泥沙越來越少，船身在慢慢上浮，繫住鐵牛的繩子也越繃越緊……最後，靠著水對船的浮力增加，深陷淤泥中的鐵牛逐漸被一點點拔了出來。當船上的泥沙被鏟完，鐵牛也徹底離開河底。此時，和尚並不急著將鐵牛撈上來，而是讓水手們使勁將船划向岸邊，然後眾人一齊使力，終於將這隻笨重的鐵牛拖到了岸上。

如此這般，依照之前的辦法，剩餘的七隻鐵牛也一隻只都被順順利利，輕輕鬆鬆地給拖了回來。

《撈鐵牛》故事中包含的科學依據“阿基米德原理”：

在《撈鐵牛》這則故事中，那八隻笨重的大鐵牛之所以能夠如此輕鬆的就被拉上岸，主要原因是在於那位叫做懷丙的和尚，他老早就參透了今天我們物理學中所提到的一個著名原理，叫做“阿基米德原理”，又稱“浮力定律”。而且《撈鐵牛》這則故事所運用的智慧，其實和《曹衝稱象》中運用到的智慧是一樣的，都是藉助了水的浮力作用順利將原本看似不可實現的事情給輕鬆辦成功的。

“阿基米德原理”的運用

“阿基米德原理”是這麼定義的：

浸入液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等於它排開的液體受到的重力。物體受到浮力的大小是由液體的密度，它排開的液體的體積所決定的，而與物體浸在液體中的深度、物體的質量、密度及物體的形狀無關。

“阿基米德原理”的數字表達式為：

F浮=G排=ρ液gV排。

“阿基米德原理”起作用的範圍界定：

阿基米德“浮力”原理的發現，為流體靜力學奠定了基礎。

另外，在這一原理的使用上，它對全部或部分浸入靜止流體中的物體完全使用，只是前提條件是要求物體的下表面部分必須與流體接觸。

比如像浸入水中的橋墩，或者沉到河底的船，阿基米德“浮力”原理對它無效。

《撈鐵牛》

正因為阿基米德“浮力”原理所界定的起作用的範圍是“

要求物體的下表面部分必須與流體接觸

”這一前提條件，所以，在《撈鐵牛》中，那深陷入河底淤泥中的八隻笨重鐵牛，由於它們的底部完全脫離流體的接觸，因此阿基米德“浮力”原理對它們則是完全失效的。因此，在撈鐵牛的過程中，只有先透過“借力打力”的方法，透過在船上向河中鏟沙子，利用浮力對船的作用將鐵牛從淤泥中拔出，使之底部徹底浸潤在水中，這樣，阿基米德“浮力”原理才對鐵牛完全有效。