《捞铁牛》为什么先将铁牛往上拔后,才在水里拖动自如?
古人做事未必都是在使蛮力,比如小时候学过的《曹冲称象》,还有《捞铁牛》,这些都是古人借鉴“水有浮力”的原理,将原本看上去很难办的一件事轻松自如的就给办妥了。特别是《捞铁牛》,利用了水的浮力将水牛从河里拖出没错,但是有一个细节,在人们“捞铁牛”的过程中是先从船上往水里铲沙子,使铁牛在河底足够拔高后才借助水的浮力来拖,那这是为何呢?省了这一步不行吗?
《捞铁牛》
《捞铁牛》这是收录在小学课本里的一则古代科学趣闻,原文出自明代冯梦龙《智囊全集》的《打捞铁牛》。冯梦龙是我国明代著名的文学家、思想家和戏曲家,他以写作中国白话短篇小说见长,《捞铁牛》正是其中的一篇代表佳作。
一起来读读关于《捞铁牛》的故事:
在宋朝,有一次黄河发大水,一座浮桥被冲断,原本,这座浮桥是用黄河两岸的八只大铁牛拴住,如今也被大水冲走,并深陷在河底的淤泥里。当洪水退却,人们打算重修浮桥,可天下又有哪个力大无穷的神人能够将深陷淤泥中的铁牛捞上来呢?正当人们打不定主意的时候,这时候,来了个叫做怀丙和尚给出了个好主意。
▲ 《捞铁牛》
和尚先请一位熟悉水性的人到河底摸清铁牛具体所在位置,并将之记下来。然后又让人准备了两条特别大的木船,又将船舱装满泥沙,一起划到铁牛所在位置。这时候,和尚让人将两只木船并排紧紧拴在一起,然后在上面用很结实的木料搭了个架子,并跨在船上。接着,让那位熟悉水性的人带了根很粗的绳子潜入水底,将绳子的一头牢牢拴住铁牛,而绳子另一头则系在两只大船之间所搭木架上。
捞铁牛
当一切前提工作做好,和尚让人开始将船上的泥沙全部铲到河里,就这样,铲着铲着船上的泥沙越来越少,船身在慢慢上浮,系住铁牛的绳子也越绷越紧……最后,靠着水对船的浮力增加,深陷淤泥中的铁牛逐渐被一点点拔了出来。当船上的泥沙被铲完,铁牛也彻底离开河底。此时,和尚并不急着将铁牛捞上来,而是让水手们使劲将船划向岸边,然后众人一齐使力,终于将这只笨重的铁牛拖到了岸上。
如此这般,依照之前的办法,剩余的七只铁牛也一只只都被顺顺利利,轻轻松松地给拖了回来。
《捞铁牛》故事中包含的科学依据“阿基米德原理”:
在《捞铁牛》这则故事中,那八只笨重的大铁牛之所以能够如此轻松的就被拉上岸,主要原因是在于那位叫做怀丙的和尚,他老早就参透了今天我们物理学中所提到的一个著名原理,叫做“阿基米德原理”,又称“浮力定律”。而且《捞铁牛》这则故事所运用的智慧,其实和《曹冲称象》中运用到的智慧是一样的,都是借助了水的浮力作用顺利将原本看似不可实现的事情给轻松办成功的。
“阿基米德原理”的运用
“阿基米德原理”是这么定义的:
浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。物体受到浮力的大小是由液体的密度,它排开的液体的体积所决定的,而与物体浸在液体中的深度、物体的质量、密度及物体的形状无关。
“阿基米德原理”的数字表达式为:
F浮=G排=ρ液gV排。
“阿基米德原理”起作用的范围界定:
阿基米德“浮力”原理的发现,为流体静力学奠定了基础。另外,在这一原理的使用上,它对全部或部分浸入静止流体中的物体完全使用,只是前提条件是要求物体的下表面部分必须与流体接触。比如像浸入水中的桥墩,或者沉到河底的船,阿基米德“浮力”原理对它无效。
《捞铁牛》
正因为阿基米德“浮力”原理所界定的起作用的范围是“要求物体的下表面部分必须与流体接触”这一前提条件,所以,在《捞铁牛》中,那深陷入河底淤泥中的八只笨重铁牛,由于它们的底部完全脱离流体的接触,因此阿基米德“浮力”原理对它们则是完全失效的。因此,在捞铁牛的过程中,只有先通过“借力打力”的方法,通过在船上向河中铲沙子,利用浮力对船的作用将铁牛从淤泥中拔出,使之底部彻底浸润在水中,这样,阿基米德“浮力”原理才对铁牛完全有效。
宋朝时候,有一回黄河发大水,冲断了河中府城外的一座浮桥。黄河两岸的八只大铁牛是拴住浮桥用的,也被大水冲走了,陷在河底的淤泥里。
洪水退了,浮桥得重修。可是笨重的铁牛陷在河底,有哪个大力士能把它们一只一只捞起来呢?人们正在议论纷纷,一个和尚说:“让我来试试。铁牛是被水冲走的,我还叫水把它们送回来。”
和尚先请熟悉水性的人潜到水底,摸清了八只铁牛沉在哪儿。然后让人准备了两只很大的木船,船舱里装满泥沙,划到铁牛沉没的地方。船停稳了,他再叫人把两只船并排拴得紧紧的,用结实的木料搭个架子,跨在两只船上。又请熟悉水性的人带了很粗的绳子潜到水底,把绳子的一头牢牢地拴住铁牛,绳子的另一头绑在两只大船之间的架子上。
准备工作做好了。和尚请水手们一起动手,把船上的泥沙都铲到黄河里去。船里的泥沙慢慢地减少,船身慢慢地向上浮,拴住铁牛的绳子越绷越紧。船靠着水的浮力,把铁牛从淤泥里一点儿一点儿地向上拔。
船上的泥沙铲光了,铁牛也离开了河底。和尚不急着把铁牛捞上船,而是让水手们使劲把船划到岸边,再让许多人一齐用力,把水里的铁牛拖上了岸。
和尚用这样的办法,把八只笨重的铁牛,一只一只地拖了回来。
这个和尚叫怀丙,是当时出色的工程学家。就
是这个。
《捞铁牛》一课中捞铁牛利用的是浮力的原理。具体为:
两只木船原来装满了泥沙,泥沙很重,木船吃水很深,也就是说,船的重力大,木船排开的水很多,受到的浮力很大。根据物体的浮沉条件,木船是漂浮状态,此时木船受到的浮力,等于木船身的自重加上泥沙的重力。
当把泥沙扔到河里,木船上的泥沙减少,重力减少,而木船的体积不变,也就是排开水的体积不变(根据阿基米德原理,浮力也不变)。两木船受到的浮力超过了船身的自重加上余下的泥沙的重力。
最初,船不上浮,因为它被绑在绳索下的铁牛拖住,随着泥沙的不断抛出木船,重力越来越小,绳索对铁牛的拉力越来越大,直到多余的浮力超过了铁牛在水里的重力和淤泥、河水对铁牛的作用,铁牛就逐渐从淤泥中拔出来。是水的浮力把铁牛从水底托上来。
扩展资料:
《打捞铁牛》出自明代冯梦龙《智囊全集》第六部。
文章叙述一个“智慧和尚”的故事,在中国古代,没有像现在这样的起重设备和打捞技术,“智慧和尚”怀丙能够把几万斤重的铁牛从河中捞出来,是一件多么了不起的事情。要利用自己所学的知识,善于变通,开动脑筋,事情就会有好的结果。
参考资料来源:百度百科-打捞铁牛
现在游人可以在山西永济市博物馆看到其镇馆之宝是四只大铁牛,锈迹斑斑的铁牛已经有了1200多年的历史,他们铸造于唐玄宗时期,在当时可谓是经举国之力铸造而成,说是国宝并不为过。
黄河是中华民族的母亲河,黄河也是最桀骜不驯的一条河流,经常因为暴雨而引发洪灾,且泥沙含量巨大,极容易将黄河中下游的城市给淹没。
历朝历代政府的一项重要工作便是治理黄河,通常是采用修建堤坝的方法来抵御洪灾。那时候堤坝都是用石头铸造的,到了唐朝时期,政府不得不再想办法来加固石堤。唐玄宗在其统治前期兢兢业业,使得唐朝发展到了鼎盛,出现了举世罕见的开元盛世,长安成为了世界最为发达和开放的城市,也带动了周边城市的发展,位于山西陕西交界处的蒲州,便成为了重要的贸易集散中心。
商人们要从蒲州南渡黄河,自然要在此地修建一座桥梁,当时用的是铁索桥,为了加固铁锁,唐玄宗耗费了上万的人力,用了近80万吨的铁才打造出了8只铁牛,用来加固绳索的两端。8只铁牛分别位于黄河两岸,一是为了加固铁锁链,二有镇压洪水的寓意。其最重要的劳动工具便是耕牛,牛在古代人民劳动人民心中具有崇高无上的地位,象征着土地,而土是克水的,自然可以用来镇压水患。
8只大铁牛,每个高达1.9米,重接近10吨,保留了唐朝耕牛的原始面貌,还佩戴有连珠子、菱花等装饰品。唐代能把铁牛造成如此完美的形象,可见当时的冶炼技术之高超。最令人惊奇的是这些铁牛在元末由于黄河水位猛涨被淹没于黄河的泥沙之中,经过了近千年的腐蚀,居然铁牛没有被腐蚀烂掉。1989年当考古学家将4只铁牛从黄河淤泥里打捞出来的时候,发现他们表面只是被薄薄腐蚀了一层。究其原因在于大唐的铸铁工匠已经考虑到这个问题,为了防止铁牛进入水中被腐蚀,他们在铁牛的表面加了一层厚厚的膜,起到防腐的作用。