阿基米德浮體原理
阿基米德
（Archimedes，公元前二八七年 ?～公元前二一二年）
阿基米德是誰？
阿基米德是一名出生於西西里島敘拉古的優秀古希臘科學家，同時也是一名優秀的發明家。在敘拉古戰爭中，阿基米德曾利用其製作的投石機擊退羅馬海軍，同時還發明了阿基米德式螺旋抽水機。
有一句經典名言是：「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」。
發現「阿基米德浮體原理」前
希臘殖民都市——敘拉古的國王希倫二世曾要求一名金匠製作黃金皇冠，然而，有傳言指稱該名金匠在金礦中混雜銀礦，企圖私吞從國王手中取得的部分黃金，因此希倫二世命令阿基米德在不破壞皇冠的狀態下，調查其中是否參雜著其他物質。阿基米德為此感到相當困擾。後來據說，他在某天進入浴缸洗澡的時候，看到水從浴缸中滿了出去，突然在那個瞬間找到了解決該問題的靈感。當時阿基米德一邊大叫「Eureka（我知道了）、Eureka（我知道了）」，一邊裸身地從澡堂飛奔出去，有這樣的傳說流傳至今。
阿基米德立刻準備了一個與皇冠相同重量的金塊，將金塊與皇冠吊掛在天秤兩邊，使其呈現平衡狀態。假設左右兩側的物體質量相同，浸入水中後的狀態應該也要相同才對。然而，試著將其放入水中後，吊掛著金塊與皇冠的天秤卻在水中失去了平衡，因此得知皇冠與金塊的比重不同，確認了金匠的確行為不軌。
這就是「發現阿基米德浮體原理」的由來。
什麼是阿基米德浮體原理？
所謂的「阿基米德浮體原理」是指「浸在流體中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分（流體：液體與氣體）」。
這個原理可以用將物體沉入水中的方式說明。
物體會垂直承受水的壓力，水越深的地方，水壓就越大。水中物體的側面，在相同水深狀態下會承受同樣的壓力，作用的力道會與物體互相抗衡。然而，同一物體上方與下方的壓力卻不會相同，下方所承受到的水壓較大，會有一股由下往上的力量作用於該物體。最後便會使得物體變輕。
所謂的浮力與物體排開水的重量相等。正如同阿基米德所說：「浸在水中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分」。
Let's重現！～實際做個實驗確認看看吧～
在學習密度和比重的過程中，經常會用樹枝可以漂浮在水上、鐵塊會沉入水裡等作為解說範例，但這些舉例的情況都太過於理所當然，很難去吸引人們的興趣與目光，難道我們就不能夠進行更有趣、更令人感動的實驗嗎？其實孩子們很容易受到一些對日常生活有所幫助的故事或是小知識吸引，就像是米飯和蔬菜相關的事情如何呢？
農民會將收穫而來的稻米，從中挑選出比重較大的稻穗作為隔年要播種用的種子，比重較輕的則作為糧食出貨。這時，我們該如何分辨稻米的輕重呢？還有，聽說成熟的蔬菜較重，這又是為什麼呢？
另外，在防災教育方面最新討論的話題是，為了對溺水的
人伸出援手而扔下寶特瓶，這是正確的行為嗎？
為了解答上述這些疑問，我們可以透過各種實驗來確認看看喔！
實驗❶蔬菜的浮沉實驗領域 物理‧生物 Level ☆
意外的是我們往往搞不清楚哪些蔬菜會浮在水面，哪些蔬菜會沉入水底。也可以改用水果之類的來進行這個有趣的實驗。猜猜看放入鳳梨的話，會怎麼樣呢？放入南瓜的話，又會是什麼結果呢？試著進行各式各樣的實驗吧！
準備物品
水槽、成熟番茄與生番茄、南瓜、茄子、白蘿蔔、胡蘿蔔、小黃瓜、馬鈴薯、蘋果等……
實驗步驟
水槽中放入2/3左右的水，再陸續放入蔬菜，看看它們會浮起還是沉入水槽。
結果
一般來說，種植在土壤裡的蔬菜通常會沉入水中。雖然像是馬鈴薯以及地瓜等，有時候會因為下大雨時土壤裡充滿水分而浮起，令人感到相當困擾，但是它們還是比水的密度來得大。樹木的果實通常不太會比折下來的樹枝來得重，因為它們通常會比水的密度小（輕）。然而果實成熟後，由於糖分增加，有些又會變得比折下來的樹枝重。
實驗❷ 可以在空氣中平衡，那在水中呢？ 領域 物理 Level ☆☆
試著用與阿基米德相同的實驗方法，以一種動態的方式來認識浮力吧！如果沒有適合用來比較的蔬菜，也可以利用寶特瓶或是其他容器，積極地來實驗看看！除此之外，在浮力方面也可以使用相同體積的木頭或是鐵塊等，會更容易說明。這個實驗甚至可以滿足包含幼兒在內各種人的求知慾，請試著愉快地進行實驗吧！
準備物品
天秤用的桿子（直徑約1cm，長度約50cm）、繩子（或是線）、水槽
實驗步驟
大氣環境中，用天秤釣著兩種蔬菜，再將天秤沉入水中。一邊預測結果，一邊進行這項實驗吧。
結果
一般會認為在大氣中，用天秤吊起的物體質量理應相同，這時，如果物體的密度相同，體積應該也要相同，然而透過實驗我們就可以理解，當物體密度不同時，密度越小，體積應該要越大。
專欄◇巨大氣球的墜落實驗
往一顆巨大的氣球（1m左右）中灌入空氣使其膨脹，再將另一顆內灌入二氧化碳備用。之後將兩顆氣球同時往下丟，灌有二氧化碳的氣球會比較快墜落至地面。物體體積相同時，雖然會在大氣中會受到同樣大小的浮力，但是質量較大者重力加速度會變大，會比較快墜落至地面。
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重力、浮力、動力、引力、電力、磁力……
看看科學家們是如何在各種實驗中發現足以改變世界的定律。
從歷史入手，讓大家更容易了解此原理的來龍去脈，之後再親手進行實驗，深刻體會原理在現實中的實際運用。
阿基米德、伽利略、牛頓、伏打、安培、歐姆、焦耳、愛迪生、愛因斯坦……跟這33位科學家一起，探討理科實驗的魅力所在吧！
●阿基米德——「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」在敘拉古戰爭中，利用製作的投石機擊退羅馬海軍，同時發明了阿基米德式螺旋抽水機。
●伽利略‧伽利萊——天文學之父、科學之父，科學實驗方法的先驅者之一，發現了單擺的等時性、自由落體定律、加速度的概念、慣性定律。
●艾薩克・牛頓——自然哲學家、數學家、物理學家、天文學家、神學家。發現萬有引力、二項式定理，之後又發展出微分以及微積分學。完成了世界知名的「牛頓三大定律」。
●麥可・法拉第——成功使氯氣液化並發現了苯。提出法拉第電解定律。其所最早發現量子尺寸的觀察報告，亦被視為奈米科學的誕生。
望遠鏡原來是這樣發明的？
只靠一根吸管就能輕鬆將人抬起？
用鉛筆也能做電池？
從歷史上科學家的故事中，找出的101個實驗方法，實際動手來進行吧！
◎ 阿基米德浮體原理
浸在流體中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分。
◎ 自由落體定律
認為物體會都以相同速度落下，即使物體較重，也不會因為重力而加速落下。
◎ 慣性定律
一個靜止的物體，只要沒有外力作用於該物體上，該物體就會持續維持靜止。
◎ 萬有引力
牛頓發現「克卜勒三大定律」適用於說明繞著太陽公轉的地球運動與木星的衛星運動的方程式，因而發現了「萬有引力定律」。
◎ 伏打電池
伏打電池是一種電力為0.76 V的一次電池。正極使用銅板，負極使用鋅板，使用硫酸作為電解液。
◎ 安培定律
「安培定律」是一種用來表示電流及其周圍磁場關係的法則。磁場會沿著閉合迴路的路徑補足磁場的積分，補足的積分結果會與貫穿閉合迴路的電流總和成正比。補足磁場則會以線積分的方式進行。
◎ 焦耳定律
由電流所產生的熱量Q會與通過電流I的平方以及導體的電阻R成正比（Q ＝ RI 2）
◎ 廷得耳效應
當光線通過膠體粒子時，光會出現散射現象，因此用肉眼就可以看到光的行走路徑。
◎ 光電效應
振動數為V的光固定擁有hv的能量，金屬内的電子會吸收該能量，因此電子所得到的能量為hv，當可以將電子從金屬内側搬運至外側的必要能量W（功函數）較大時，電子就會立刻被釋放出來。
◎ LED的原理
LED是將P型半導體與N型半導體接合而成的物體。稱作PN接面。P型半導體是由電洞（正電）搬運電，N型半導體則是由電子（負電）搬運電。P型的電位比N型的電位來得高時，P型内部的電洞（正孔）會流向負極，N型内部的自由電子則會流向正極。
作者簡介：
作者簡介
川村康文（KAWAMURA YASUHUMI）
一九五九年出生於日本京都市
一九八三年 畢業於京都教育大學
一九八三年起任教於京都府立學校，京都教育大學附屬高中，後任教於信州大學，期間於二○○三年取得京都大學能源科學研究科博士（能源科學）
現為東京理科大學理學部第一部物理學科教授
插畫
岩田将尚（Studio CUBE.）
審訂者簡介
朱士維
臺灣大學物理系教授。現任分子影像中心副主任、創新設計學院副院長，並擔任台灣物理學會理事、清大腦科中心組長等職。目前除擔任多項國內外會議委員，亦為美國生物物理學會期刊Biophysical Reports的編輯委員。曾獲得台大傑出教師獎、台大優良導師獎、傑出人才基金會年輕學者創新獎、科技部未來科技獎等教學與研究獎項。
曾在Tubingen University，Osaka University，Heidelberg University，與Bordeaux University擔任客座教授。
研究領域：光學顯微技術、奈米光學
李荐軒
2020國立臺灣大學物理學系畢業，獲得108學年度國立臺灣大學理學院畢業生院長獎。現就讀於國立臺灣大學物理學研究所二年級，研究領域為矽奈米光學。
譯者簡介
張萍
二○○一年起從事日文翻譯迄今，未曾間斷、從不拖延。
喜歡透過語文轉換，擴充不同領域的知識、拓展美麗新世界。
章節試閱
阿基米德浮體原理
阿基米德
（Archimedes，公元前二八七年 ?～公元前二一二年）
阿基米德是誰？
阿基米德是一名出生於西西里島敘拉古的優秀古希臘科學家，同時也是一名優秀的發明家。在敘拉古戰爭中，阿基米德曾利用其製作的投石機擊退羅馬海軍，同時還發明了阿基米德式螺旋抽水機。
有一句經典名言是：「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」。
發現「阿基米德浮體原理」前
希臘殖民都市——敘拉古的國王希倫二世曾要求一名金匠製作黃金皇冠，然而，有傳言指稱該名金匠在金礦中混雜銀礦，企圖私吞從國王...
阿基米德
（Archimedes，公元前二八七年 ?～公元前二一二年）
阿基米德是誰？
阿基米德是一名出生於西西里島敘拉古的優秀古希臘科學家，同時也是一名優秀的發明家。在敘拉古戰爭中，阿基米德曾利用其製作的投石機擊退羅馬海軍，同時還發明了阿基米德式螺旋抽水機。
有一句經典名言是：「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」。
發現「阿基米德浮體原理」前
希臘殖民都市——敘拉古的國王希倫二世曾要求一名金匠製作黃金皇冠，然而，有傳言指稱該名金匠在金礦中混雜銀礦，企圖私吞從國王...
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作者序
前言
歷史，是人類為了想在凶殘的自然界中守護自身安全，從而想方設法、逐步建立起來的，因此，人類歷史可以說是藉由科學拓展而來的。
在埃及，人們透過觀察星象預測尼羅河每年反覆的氾濫時間，來決定播種以及收成的時間，進而形成人類的農耕文化。這些事情凸顯了曆法的重複性，也成為日後珍貴的觀測資料。
檢視前述這個案例後會發現，我們人類是在仔細進行實驗及觀察的過程中，讓科學不斷進化，才得以達到目前這種高度的科學技術文明。
回溯至古希臘亞里斯多德的時代，那時科學理論早已萌芽，然而真正促使科學這條...
歷史，是人類為了想在凶殘的自然界中守護自身安全，從而想方設法、逐步建立起來的，因此，人類歷史可以說是藉由科學拓展而來的。
在埃及，人們透過觀察星象預測尼羅河每年反覆的氾濫時間，來決定播種以及收成的時間，進而形成人類的農耕文化。這些事情凸顯了曆法的重複性，也成為日後珍貴的觀測資料。
檢視前述這個案例後會發現，我們人類是在仔細進行實驗及觀察的過程中，讓科學不斷進化，才得以達到目前這種高度的科學技術文明。
回溯至古希臘亞里斯多德的時代，那時科學理論早已萌芽，然而真正促使科學這條...
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目錄
目次
阿基米德
1阿基米德浮體原理
實驗❶蔬菜的浮沉實驗領域 物理‧生物 Level ☆
實驗❷ 可以在空氣中平衡，那在水中呢？ 領域 物理 Level ☆☆
實驗❸七種回收物實驗領域 物理‧化學 Level ☆☆
伽利略
2 單擺運動的等時性
實驗❶擺錘的長度與擺動週期領域 物理 Level ☆
實驗❷ 擺錘質量與擺動幅度及週期 領域 物理 Level ☆
伽利略
3 自由落體定律
實驗❶ 紙團與紙片 領域 物理 Level ☆
實驗❷ 將氣球綁在厚重書本上的墜落實驗 領域 物理 Level ☆
實驗❸ 宇宙天秤實驗領域 物理 Level ☆☆
實驗❸-1：用巨大的...
阿基米德
1阿基米德浮體原理
實驗❶蔬菜的浮沉實驗領域 物理‧生物 Level ☆
實驗❷ 可以在空氣中平衡，那在水中呢？ 領域 物理 Level ☆☆
實驗❸七種回收物實驗領域 物理‧化學 Level ☆☆
伽利略
2 單擺運動的等時性
實驗❶擺錘的長度與擺動週期領域 物理 Level ☆
實驗❷ 擺錘質量與擺動幅度及週期 領域 物理 Level ☆
伽利略
3 自由落體定律
實驗❶ 紙團與紙片 領域 物理 Level ☆
實驗❷ 將氣球綁在厚重書本上的墜落實驗 領域 物理 Level ☆
實驗❸ 宇宙天秤實驗領域 物理 Level ☆☆
實驗❸-1：用巨大的...
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