經典物理學是我們生活的基本面，生活中的很多問題都能用經典物理學來解釋。比如，飛機能夠在空中飛行而不會掉下來，簡單來說，是因為飛機“翅膀”上面的空氣壓力小，下面的空氣壓力大。那麼，為什麼飛機“翅膀”上面的空氣壓力比下面的小？這就需要我們了解一些物理學知識。同樣，要想知道手機是如何完成計算的，也需要我們了解一點物理學知識。當然，經典物理學知識也是我們了解世界規律的基礎。

力學是經典物理學的基礎。經典物理學認為，所有複雜現象都可以簡化和分解為力學。比如，你推我一下，就是給了我一個力。汽車的開動過程看上去很複雜，但其實是可以分解的，發動機、離合器、變速箱傳動軸等相互作用，引發車輪轉動，車輪給地面一個作用力，地面再給車輪一個反作用力，即牽引力，從而推動車輛行駛。

今天我們就來講一講經典力學中最基本的一個定律——是最古老的一個——阿基米德定律。

阿基米德定律是怎麼來的？

據說，叙拉古國王召見阿基米德，讓他鑒定一個黃金王冠是否摻假。阿基米德想了很久也想不出辦法來。有一次，他在洗澡的時候，突然就想通了，于是光着身子跳出澡盆，大叫“尤裡卡！”（希臘語，意為“好啊！有辦法啦！”）。他想到的辦法是什麼呢？他想到的辦法與曹沖稱象一樣：先将王冠放進裝滿水的水盆裡，看看溢出了多少水，然後再把同樣重的純金放進同樣大小且裝滿水的水盆裡，看看溢出了多少水。如果第二次溢出的水稍微少一點，就說明純金的體積比王冠小，那麼王冠就被摻假無疑了。

阿基米德發現浮力定律

當然，阿基米德定律的内涵比這個故事包含的肯定要多。如果你會遊泳，就更容易理解阿基米德定律了。跳進水裡時，你馬上就會感受到水的浮力。水對我們的身體到底産生了多大浮力？阿基米德定律指出，我們的身體在水中受到的浮力等于我們身體排出的水的重力。

怎麼理解這句話呢？其實很簡單。我們可以想象，先在一個立方體裡裝滿水，并将這個裝滿水的立方體放入水中，此時這個立方體裡面的水就受到了周圍的水給它的浮力。

水的浮力是怎麼來的呢？原來，水裡有壓力，就像空氣裡有壓力一樣。這個立方體裡的水受到的浮力就是周圍的水給它的壓力的合力。

我們将一個用其他材料做成的相同體積的立方體放入水中，很明顯，用其他材料做成的立方體受到的周圍的水給它的壓力，與原來假設的那個立方體裡的水受到的壓力一樣大。也就是說，兩者的浮力大小相等，就等于那個立方體裡的水的重力。水對立方體上下表面的壓力不同

這樣就推導出了阿基米德定律：一個物體在水裡受到的浮力大小等于它排出的水的重力。

當然，以上直觀的推導過程還可以進一步細化，變成一個“高大上”的物理學推導過程：立方體有六個面，上、下兩個面及前、後、左、右四個面。顯然，兩個相對的側面受到的壓力大小一樣，但方向相反，所以這兩個相對的側面受到的壓力正好相互抵消了。也就是說，四個側面受到的壓力全部抵消，就剩下上、下兩個面受到的壓力了。整個立方體的水受到的浮力等于下面那個面受到的壓力減去上面那個面受到的壓力。因為下面那個面受到的壓力是向上的，上面那個面受到的壓力是向下的。既然整個立方體的水是靜止不動的，那麼我們就可以得出結論：水的下面受到的壓力比上面受到的壓力大，大出的數值正好是這個立方體裡的水的重力數值。

接下來，我們談談壓強的概念。什麼是壓強？壓強就是物體單位面積受到的壓力。我們将上一個推導過程簡單化：假設水的六個面的面積都是1個單位面積，比如1平方米，那麼，立方體下面那個面受到的壓力比上面那個面受到的壓力大了1噸水的重力，因為1立方米的水的重力就是1噸水的重力。

因為兩個面的深度正好相差1米，因此也可以說，每深1米，水的壓強就增大，其大小就相當于每平方米面積上1噸水的重力産生的壓強。嚴格來說，噸并不是重力或壓強的單位，噸乘以重力加速度的單位才是力的單位——牛頓。壓強的單位是帕斯卡，是以法國數學家、物理學家帕斯卡的名字命名的。1帕斯卡是多大？相當于每平方米的面積受到1牛頓的力。1牛頓是多大？相當于100克物體的重力。

如果上述這個例子不夠直觀，那麼我講一個直觀的例子：做俯卧撐時，我們把兩隻手和兩隻腳撐在地上。簡單起見，假設每隻手和腳的承重一樣大，若你的體重為80千克，則你每隻手或腳受到的壓力就都相當于20千克物體的重力。此時每隻手或腳受到的壓強是多大呢？成人的手掌面積大約是0.01平方米，因此，一隻手掌受到的壓強就相當于每平方米面積上2噸物體的重力産生的壓強。

為什麼力的單位用牛頓命名？當然是因為牛頓發現了牛頓第二運動定律，即物體受到的合力等于它的質量乘以它的加速度。

帕斯卡研究了流體的壓強。什麼是流體？氣體和液體就是流體。帕斯卡發現，任何流體都會傳遞壓強。比如，阿基米德定律中說的水會傳遞壓強。而且在任何固定的深度，水的壓強在任何方向上都是一樣大小的。同樣，空氣也會傳遞壓強。而且，高處空氣的壓強比低處空氣的壓強要小。比如高原反應，人到了高原地區，往往會感到不舒服，其中的部分原因就與高原上的空氣壓強低有關。在西藏和青海地區，水的沸點比較低，也是因為那裡的空氣壓強小。

我們将阿基米德定律應用到空氣中，也會得出這樣的結論：每升高1米，空氣的壓強就會減小，單位體積的空氣質量也減小。那麼，在地面上，空氣的壓強到底有多大？簡單來說，這個壓強大小就是1個标準大氣壓。

當然，這個簡單的回答有點投機取巧，等于啥也沒說。什麼是1個标準大氣壓？當溫度為0℃時，緯度45度的海平面上的空氣壓強就是1個标準大氣壓。黑龍江省的牡丹江就處于緯度45度的位置上。

1個标準大氣壓到底有多大？它比水面下每深1米增大的壓強還要大10倍多。這也不奇怪，根據帕斯卡定律，大氣層這麼深，地面上空氣的壓強當然不會小。

帕斯卡不僅發現了帕斯卡定律（這個定律也可以說是阿基米德定律的普及版），他還發明了測量氣壓的儀器。嚴格來說，是他改進了别人發明的水銀計，跟瓦特改進了别人發明的蒸汽機的性質一樣。意大利物理學家托裡拆利發現，空氣中有大氣壓，而且還不小。那麼，怎麼去測量空氣中的大氣壓呢？他找來一根一頭封閉的玻璃管子，然後在裡面裝上水銀，并保證管子封閉的那頭處于真空狀态。很明顯，在管子封閉的一頭，水銀沒有受到空氣的壓力，因為那頭壓根兒就沒有空氣，而在管子開口的那頭，水銀受到的壓力就是大氣壓。将這根管子豎起來，管子開口的那端向下，水銀因為受到下面空氣的壓力而不會完全流出來。水銀的高度就決定了空氣壓強的大小，因此，這段水銀的重力就等于大氣壓力。

那麼，托裡拆利測量到的水銀有多高呢？整整76厘米（0.76米）高！因為水銀的密度是水的13.6倍。現在我們簡單地計算一下，用0.76乘以13.6，就得到大氣壓的大小，大約是10噸的物體的重力。



托裡拆利實驗

可能很多人都不敢相信空氣中的壓力有這麼大，但事實如此。曆史上有一個與托裡拆利有關的故事，就是著名的馬德堡半球實驗。

1654年，馬德堡市市長奧托·馮·格裡克知道了有關托裡拆利發現空氣中有大氣壓的事，又聽說有很多人不相信這件事，于是，他決定通過一個實驗來驗證空氣中存在大氣壓。

他做了兩個完美的半銅球，兩個半銅球合起來是一個完整的銅球。一天，馬德堡天氣非常好，格裡克決定在這天與助手在一個廣場上當衆做實驗。格裡克和助手先把兩個半銅球殼的邊緣墊上橡皮圈，把兩個半球裡灌滿水後合在一起；然後再把銅球裡的水全部抽出，使球内形成真空；最後把氣嘴上的龍頭擰緊封閉。此時，空氣中大氣壓就把兩個半球緊緊地壓在了一起。

格裡克讓幾個馬夫牽來16匹高頭大馬，先在球的兩邊各拴4匹馬。然後格裡克一聲令下，4個馬夫揚鞭催馬、背道而拉，好像拔河似的。4個馬夫、8匹大馬，累得渾身是汗，但銅球仍巋然不動。格裡克讓人在銅球兩邊各增加4匹馬，16匹大馬使勁拉，終于，“啪”的一聲巨響，銅球分成了原來的兩半。大家都驚呆了。

阿基米德定律是人們所知的人類曆史上最早的物理學定律之一，是流體力學中的第一個定律。它被廣泛應用在計量儀器中，比如前面提到的氣壓計。氣壓計很有用，爬山的時候帶上一個氣壓計，根據氣壓計的讀數，我們就可以快速測量并得出自己所在位置的高度。

除了阿基米德定律，阿基米德還發現了杠杆定律，他說過一句著名的話：“給我一個支點，我可以撬起整個地球。”當然，人們現在經常吐槽這句話：“支點找到了，哪裡去找這麼長的杠杆呢？”古希臘人經常被後人批評不會做實驗，隻會像蘇格拉底那樣辯論，而阿基米德的出現，說明古希臘人還是會在實踐中做點事的。阿基米德不僅被稱為曆史上第一位實驗物理學家，還是一位偉大的數學家和哲學家。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!