曹冲大象呼唤的故事。

三国时期有个神童叫曹冲(196-208),是曹操的儿子。他曾提出“用船称大象”的观点。没有现代化的称重仪器,很难称一头几吨重的大象。曹冲说:把大象赶到船上,记录船在河中的沉没位置;然后,把大象拉上岸,把石头一个接一个地装到船上,直到装满石头的船沉到了刚才的标记处,然后分别称一下船上的石头。石头的总重量是大象的重量。

曹冲的造像方法是浮力原理的具体应用。在中国历史上,据记载,比曹冲更早就有类似的故事。东周时,赵岩(公元前311-279年在位)有一头大猪,他命令大臣用杆秤称一称。结果坏了十杆秤,猪的重量还没称。他还命令水官称一下。

除了用船称东西,用船抬东西也是中国人的发明。据史料记载,普金桥是一座浮桥。它用船做码头,用船之间的木板做桥梁。唐开元十二年(724),为了加固船只的桥墩,维护两侧巨大的缆绳,又增加了八头铁牛作为岸柱。每头铁牛重达数万公斤。

宋清时期(1041—1048)桥梁被毁,数万斤铁牛被冲入河中。大桥被毁二十多年后,镇定县僧人怀兵提出打捞铁牛,重建普金桥的想法。

怀冰是中世纪伟大的工程机械家。他的浮力提升法在16世纪被意大利数学家卡丁(1501-1576)用于打捞沉船。

当时的怀兵和尚派水性好的人潜到水底,寻找铁牛沉没的地方。他还让人把两条大木船并排吊起来,木船里全是泥沙。两艘木船之间搭起了一个架子。怀兵亲自领着人把装满泥沙的两只木船划到铁牛沉没的地方。他还让熟悉水情的人用绳子潜到水底,用绳子把铁牛绑牢。绳子被拉紧,绳子的另一端系在两条船上。

准备工作完成后,怀兵命令人把船上的泥沙扔到河里,泥沙被铲到河里。船慢慢上升,终于把铁牛拉出了淤泥。怀兵又命人把船划到造浮桥的地方,两只大船拖着不在水里的铁牛回到原来的位置。

每头铁牛重达数万斤。为什么怀兵能把铁牛从河底的淤泥里拉出来?

这两条木船原本装满了泥沙。泥沙很重,木船吃水很深,也就是说木头部分排开了很多水,浮力很大。根据物体的起伏,此时木船受到的浮力等于船的重量加上泥沙的重力。当泥沙被抛入河中时,船上的泥沙减少,两条木船受到的浮力超过了船的重量加上剩余泥沙的重力。起初,船并没有浮起来,因为随着泥沙不断被抛出木船,绳子对铁牛的潜在作用力越来越大,直到多余的浮力超过了铁牛在水中的重力以及淤泥和河水对铁牛的作用,铁牛才逐渐从淤泥中被拉了出来。