其他物理学研究：流体静力学

自从阿基米德时代以来，流体力学的研究一直遭到忽视。直到伽利略才重又从事这种研究，他首先进行了一系列实验，来证实阿基米德所提出的流体静力学定律。伽利略发现这些定律都是正确的。与一个固体的漂浮取决于它的形状这种流行观点相反，伽利略象他的先辈阿基米德一样，也证明固体的漂浮取决于它的比重，如果一个物体的比重小于一种流体，那么这个物体将漂浮在这流体之上。阿基米德把漂浮与形式即形状联系起来的观点是以极薄金属片漂浮在水面上这种类似现象为根据的。伽利略证明，这(49)些金属片实际上处于水面上的一个空穴之中，一当侵入水中，它们就下沉，再也不会升起。直到十八世纪发现了液体的表面张力以后，金属薄片和金属细针的漂浮现象才真正得到解释。这个发现也解释了另一个伽利略无法说明的现象，即叶子上的水珠的内聚性。

伽利略惜以将物体在液体中的漂浮与它们的比重联系起来而进行的实验之一如下所述。他把一只蜡球浸在纯水之中。这只球沉到水底。然后，他把不同量的盐溶解在水里，从而逐渐增加了水的比重。当溶液达到一定浓度时， 这蜡球便浮出水面。

伽利略还传播了这样的思想：流体由孤立的粒子构成，这些粒子非常活动，哪怕最轻微的压力也会使它们运动。这样，每个压力都传遍整个流体。这种概念今天仍得到公认，而且实际上是一切流体静力学和流体动力学研究的基础。

伽利略试图把流体力学和固体力学的一般原理联系起来。为此，他首先把虚功（或虚速度）原理运用于流体静力学关系。巴斯卡首先完全认识到流体静力学的这种新方法的全部意义，并充分加以利用。

在研究静态关系时，阿基米德引入了“静力矩”的概念，而在解释简单机械时，他集中注意有关重物和它们与支点的距离。但是，伽利略从动力学的观点来看待静态关系，把重物和它们的虚降落（即当系统发生位移时它们的降落）或虚位移的距离看成是决定平衡条件的决定性因素。这种虚速度或虚位移的原理归根结底等于是说：当力所做的功等于负载所做的功，而所做的功用重量乘以垂直位移计算出来时，平衡保持着。

伽利略把虚速度原理应用于流体静力学的最简单例子，是把一个棱柱形物体浸在一个注满某种液体的相似的棱柱形容器中。伽利略将这棱柱体的位移或其等效速度同流体表面朝相反方向的位移相比较。棱柱体位移或速度和液面的位移跟相应的表面即棱(50)柱体的底和流体的表面成反比关系。当再把棱柱体取出时，流体的液位就相应下降。如果要保持平衡，则浸入物体的重量和其速度的乘积必须等于流体升高部分的重量和速度的乘积。虚速度原理就这样应用在这种情况中。伽利略还把这条原理推广运用于相互联通的管道中流体的关系，认为这种情形与上述例子相似。因为，流体在细管子中的降落和在粗管子中的上升类似于棱柱体侵入和水位随之升高，这升降同样也与管子直径的平方成反比。