《每天读点世界历史》之可以撬动地球的科学:阿基米德发现杠杆定律

可以撬动地球的科学:阿基米德发现杠杆定律

两千多年前,在古希腊西西里岛的叙拉古国,出现了一位伟大的物理学家。他叫阿基米德(公元前287—前212年)。阿基米德的一生勤奋好学,专心致志地献身于科学,忠于祖国,受到人们的尊敬与赞扬。阿基米德曾发现杠杆定律和以他的名字命名的阿基米德定律,并利用这些定律设计了多种机械。关于他生平的详细情况,已无法考证。但关于他发明创造和保卫祖国的故事,却流传至今。

阿基米德将自己锁在海边的一间石头小屋里,夜以继日地写作《浮体论》。这天突然闯进一个人来,一进门就忙不迭地喊道:“哎呀呀!你老先生原来躲在这里。此刻国王正撒开人马,在全城四处找你呢。”阿基米德认得他是朝内大臣,心想,外面一定出了大事。他立即收拾起羊皮书稿,伸手抓过一顶圆壳小帽,飞身跳上停在门口的一辆四轮马车,随这个大臣直奔王宫。

当他们来到殿前阶下时,就看见各种马车停了一片,卫兵们银枪铁盔,森列两行,殿内文武满座,鸦雀无声。国王正焦急地在地毯上来回踱着步子。由于殿内阴暗,天还不黑就燃起了高高的烛台。灯下长条几案上摊着海防图、陆防图。阿基米德看着这一切,就知道他最担心的战争终于爆发了。

罗马军队着实厉害。他们作战时列成方队,前面和两侧的士兵将盾牌护着身子,中间的将盾牌举在头上,战鼓一响这一个个方队就如同现代化的坦克一样,向敌阵步步推进,任你乱箭射来也只不过是把那盾牌敲出无数的响声而已。罗马军队还有特别严的军纪,发现临阵脱逃立即处死,士卒立功晋级,统帅获胜返回罗马时要举行隆重的凯旋式。这支军队称霸地中海,所向无敌,一个小小的叙拉古哪放在眼里,况且旧仇新恨,早想来一次清算。

在这危急的关头,阿基米德扫了一眼沉闷的大殿,捻着银白的胡须说:“要是靠军事实力,我们决不是罗马人的对手。现在要能造出一种新式武器来,或许还可守住城池,以待援兵。”国王一听这话,立即转忧为喜说:“先王在世时早就说过,凡是你说的,大家都要相信。这场守卫战就由你全权指挥吧。”

两天之后,天刚破晓,罗马统帅马赛拉斯指挥着他那严整的方阵向护城河逼来。今天方阵两边还准备了铁甲骑兵,方阵内强壮的士兵肩扛着云梯。马赛拉斯在出发前宣布:“攻破叙拉古,到城里吃午饭去。”在喊杀声中,方阵慢慢向前蠕动。按常规,城上早该放箭了。可怎么今天城墙上却是静悄悄地不见一人?也许几天来的恶战使叙拉古人已筋疲力尽了吧。罗马人正在疑惑间,城里隐约传来吱吱呀呀的响声,接着城头上就飞出大大小小的石块,开始时如碗如拳,以后越来越大,简直如锅如盆,火山喷发般地翻将下来。石头落在方阵里,士兵们忙举盾来护,哪知石重速急,一下连盾带人都捣成一团肉泥。罗马人渐渐支持不住了,连滚带爬地逃命。这时叙拉古的城头又射出了飞蝗般的利箭,罗马人的背后无盾牌和铁甲,那利箭直穿背股,哭天喊地,好不凄惨。

阿基米德到底造出了什么武器使罗马人大败而归呢?原来他制造了一些特大的弩弓——发石机。这么大的弓,人是根本拉不动的,他用上了杠杆原理。只要将弩上转轴的摇柄用力扳动,那与摇柄相连的牛筋又拉紧许多根牛筋组成的粗弓弦,拉到最紧处,再猛地一放,弓弦就能带动载石装置,把石头高高地抛出城外,落到一千多米远的地方。原来这杠杆原理并不只是简单使用一根直棍撬东西。比如水井上的辘轳吧,它的支点是辘轳的轴心,重臂是辘轳的半径,它的力臂是摇柄,摇柄一定要比辘轳的半径长,打起水来就很省力。阿基米德的抛石机也是用的这个原理。他真是把杠杆原理用活了。罗马人哪里知道叙拉古有这些新玩意儿。

人们从远古时代起就会使用杠杆,并且懂得巧妙地运用杠杆。在埃及造金字塔的时候,奴隶们就利用杠杆把沉重的石块往上撬。造船工人用杠杆在船上架设桅杆。人们用汲水吊杆从井里取水,等等。但是,杠杆为什么能做到这一点呢?

在阿基米德发现杠杆定律之前,是没有人能够解释的。当时,有的哲学家在谈到这个问题的时候,一口咬定说,这是“魔性”。阿基米德却不承认是什么“魔性”。他懂得,自然界里的种种现象,总有自然的原因来解释。杠杆作用也有它自然的原因,他决心把它解释出来。阿基米德经过反复地观察、实验和计算,终于确立了杠杆的平衡定律。就是,“力臂和力(重量)成反比例。”换句话说,就是:小重量是大重量的多少分之一重,长力臂就应当是短力臂的多少倍长。阿基米德确立了杠杆定律后,就推断说,只要能够取得适当的杠杆长度,任何重量都可以用很小的力量举起来。据说他曾经说过这样的豪言壮语:“给我一个支点、我就能举起地球!”

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