阿基米德需要确定,在为锡拉丘兹国王希罗一世制造皇冠的过程中,金匠是否盗用了黄金。你怎么知道皇冠是由黄金还是更便宜的合金制成的?你怎么知道皇冠是不是一种外表金黄的贱金属?金是一种非常重的金属(甚至比铅重,尽管铅的原子量更高),因此测试金冠的一种方法是确定其密度(单位体积的质量)。阿基米德可以用天平来计算皇冠的质量,但他如何计算体积呢?将皇冠熔化,将其铸造成立方体或球体,这将使计算变得简单,并使国王感到愤怒。
在思考了这个问题之后,阿基米德突然想到,他可以根据王冠排水量来计算体积。从技术上讲,如果他能接触到皇家金库,他甚至不需要称王冠的重量,因为他可以将王冠排水量与史密斯使用的同等体积的黄金排水量进行比较。根据这个故事,一旦阿基米德找到了解决问题的办法,他就冲出门外,赤身裸体,跑过街道,大喊:“哎呀!哎呀!”
其中一些可能是虚构的,但阿基米德的想法是,如果你知道物体的重量,那么计算物体的体积和密度是事实。在实验室里,对于一个小物体,最简单的方法是将一个足够大的量筒部分装满水(或一些物体不会溶解的液体)。记录水的体积。添加对象,注意消除气泡。录制新卷。对象的体积是圆柱体中的初始体积减去最终体积。如果有对象的质量,则其密度是质量除以体积。
大多数人不把刻度钢瓶放在家里。最接近它的是一个液体量杯,它将完成同样的任务,但精度要低得多。还有另一种使用阿基米德位移法计算体积的方法。
如果容器是矩形或正方形,则对象的体积是容器的内部宽度乘以容器的内部长度(在立方体中两个数字相同),再乘以液体被置换的距离(长度x宽度x高度=体积)。
对于圆柱体,测量容器内圆的直径。圆柱体的半径是直径的1/2。物体的体积是π(π,~3.14)乘以半径的平方乘以液位差(πr2h)。
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