獨(dú)角獸
雷神:沒有人類能舉起我的錘子。
阿基米德:那是因?yàn)槟銓?duì)杠桿原理一無所知。
★撬起了雷神之錘
事情是這樣發(fā)酵起來的一這天,鋼鐵俠、綠巨人等人嘗試舉起雷神之錘相繼失敗,雷神笑著松了一口氣,得意地發(fā)了微博:沒有人類能舉起我的錘子。第二天,一個(gè)長(zhǎng)卷發(fā)、絡(luò)腮胡的老者找到雷神,自稱能舉起雷神之錘,并且當(dāng)場(chǎng)用一塊石頭和一根木棍將雷神之錘舉起。
雷神:“不,這不可能,那是被奧丁下了咒語(yǔ)的錘子,沒有人類可以舉起它。”阿基米德:“那是因?yàn)槟銓?duì)杠桿原理一無所知?!?/p>
一時(shí)間,阿基米德和杠桿原理以雷霆之勢(shì)上了熱搜。媒體爭(zhēng)相采訪阿基米德。記者:“阿基米德先生,請(qǐng)問您是怎么舉起雷神之錘的?
阿基米德:“很簡(jiǎn)單,給我一個(gè)支點(diǎn),我還可以撬起整個(gè)地球?!?/p>
記者:“您能為我們解釋一下其中的原理嗎?”
阿基米德:“是杠桿原理。這是我從農(nóng)民提水的吊桿和奴隸撬石頭的撬棍中得到的靈感。只要滿足支點(diǎn)、施力點(diǎn)和受力點(diǎn)的系統(tǒng),就可以被稱為杠桿,用公式表示為動(dòng)力X動(dòng)力臂=阻力X阻力臂。從公式中也可以看出,當(dāng)兩個(gè)重物平衡時(shí),它們離支點(diǎn)的距離與重力成反比,所以杠桿原理也稱為‘杠桿平衡條件。給我一個(gè)支點(diǎn),和一根足夠長(zhǎng)的杠桿,我連地球都可以撬動(dòng)。
★古戰(zhàn)場(chǎng)恐怖殺手
記者:“除了撬動(dòng)地球和舉起雷神之錘,杠桿原理在生活中還有什么運(yùn)用呢?記者跟隨阿基米德登上敘拉古的城樓,這里擺放著拋石機(jī)和起重機(jī)。
阿基米德:“公元前218年,羅馬帝國(guó)和迦太基帝國(guó)爆發(fā)了第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng),敘拉古作為城邦小國(guó)一直依附羅馬帝國(guó)。后來,迦太基大敗羅馬軍隊(duì),敘拉古為求生存轉(zhuǎn)向了迦太基。誰知羅馬帝國(guó)依舊是最后的人生贏家,為報(bào)復(fù)敘拉古,羅馬開始攻打敘拉古。為了保衛(wèi)城邦,我運(yùn)用杠桿原理建造了拋石機(jī)和起重機(jī)。
記者:“據(jù)說您發(fā)明的拋石機(jī)又被稱為古戰(zhàn)場(chǎng)‘恐怖殺手?”
阿基米德:“是的,它可以將石頭拋出城外1000多米遠(yuǎn),重?fù)魯橙?。但人力是拉不?dòng)這大弓的,所以我利用杠桿原理,將弩上轉(zhuǎn)軸的搖柄用力扳動(dòng),與搖柄相連的多根牛筋組成的粗弓弦拉到最緊時(shí)再放開,弓弦?guī)?dòng)石載裝置把石頭拋出。”記者尷尬地問:“還有更生活一點(diǎn)的運(yùn)用嗎?”
阿基米德:“國(guó)王曾叫人造了一艘大船,無人能將其推下水,于是我設(shè)計(jì)了一套杠桿輪滑系統(tǒng),只需施很小的力就能拉動(dòng)很重的物體。
記者:……可能您的生活方式和我們確實(shí)不太一樣?!?/p>
可惜這個(gè)一生都致力于科學(xué)研究的老者,最后死于敘拉古城破那天。當(dāng)時(shí)阿基米德在沙地上畫幾何圖形,一個(gè)羅馬士兵沖進(jìn)來要帶走他。他說:“請(qǐng)讓我證明完這條定理,我不能給世人留下一條未完的證明?!辈⑹疽馐勘鴦e碰他的圖形。
羅馬士兵覺得自己的威嚴(yán)受到?jīng)_撞,于是刺死了阿基米德。
阿基米德一生的貢獻(xiàn)
在數(shù)學(xué)方面,他用窮竭法算過圓周率,證實(shí)了圓柱體體積與其內(nèi)切球體積之比,和他們的表面積之比都是3/2。在物理學(xué)方面,他的貢獻(xiàn)主要有靜力學(xué)中的杠桿原理和流體力學(xué)中的浮力定律。在天文方面,他發(fā)明了天文測(cè)量用的十字測(cè)角器。在機(jī)械應(yīng)用方面,他發(fā)明的“螺旋提水器”至今還在運(yùn)用。
“阿基米德測(cè)皇冠的故事,就是利用浮力定律,用皇冠排開的水的體積,來測(cè)得皇冠的密度。進(jìn)而判斷它到底是不是純金?!?/p>
杠桿原理的日常運(yùn)用
天平、桿秤、剪刀、筷子、蹺蹺板等都是杠桿原理的實(shí)際運(yùn)用。杠桿的動(dòng)力臂越長(zhǎng)就越省力,阻力臂越長(zhǎng)則越費(fèi)力。省力杠桿費(fèi)距離,比如指甲刀;費(fèi)力杠桿省距離,比如劃船的槳;等臂杠桿不省力也不費(fèi)力,它就是天平,用于衡量天平兩端物體的重量。