独角兽
雷神:没有人类能举起我的锤子。
阿基米德:那是因为你对杠杆原理一无所知。
★撬起了雷神之锤
事情是这样发酵起来的一这天,钢铁侠、绿巨人等人尝试举起雷神之锤相继失败,雷神笑着松了一口气,得意地发了微博:没有人类能举起我的锤子。第二天,一个长卷发、络腮胡的老者找到雷神,自称能举起雷神之锤,并且当场用一块石头和一根木棍将雷神之锤举起。
雷神:“不,这不可能,那是被奥丁下了咒语的锤子,没有人类可以举起它。”阿基米德:“那是因为你对杠杆原理一无所知。”
一时间,阿基米德和杠杆原理以雷霆之势上了热搜。媒体争相采访阿基米德。记者:“阿基米德先生,请问您是怎么举起雷神之锤的?
阿基米德:“很简单,给我一个支点,我还可以撬起整个地球。”
记者:“您能为我们解释一下其中的原理吗?”
阿基米德:“是杠杆原理。这是我从农民提水的吊杆和奴隶撬石头的撬棍中得到的灵感。只要满足支点、施力点和受力点的系统,就可以被称为杠杆,用公式表示为动力X动力臂=阻力X阻力臂。從公式中也可以看出,当两个重物平衡时,它们离支点的距离与重力成反比,所以杠杆原理也称为‘杠杆平衡条件。给我一个支点,和一根足够长的杠杆,我连地球都可以撬动。
★古战场恐怖杀手
记者:“除了撬动地球和举起雷神之锤,杠杆原理在生活中还有什么运用呢?记者跟随阿基米德登上叙拉古的城楼,这里摆放着抛石机和起重机。
阿基米德:“公元前218年,罗马帝国和迦太基帝国爆发了第二次布匿战争,叙拉古作为城邦小国一直依附罗马帝国。后来,迦太基大败罗马军队,叙拉古为求生存转向了迦太基。谁知罗马帝国依旧是最后的人生贏家,为报复叙拉古,罗马开始攻打叙拉古。为了保卫城邦,我运用杠杆原理建造了抛石机和起重机。
记者:“据说您发明的抛石机又被称为古战场‘恐怖杀手?”
阿基米德:“是的,它可以将石头抛出城外1000多米远,重击敌人。但人力是拉不动这大弓的,所以我利用杠杆原理,将弩上转轴的摇柄用力扳动,与摇柄相连的多根牛筋组成的粗弓弦拉到最紧时再放开,弓弦带动石载装置把石头抛出。”记者尴尬地问:“还有更生活一点的运用吗?”
阿基米德:“国王曾叫人造了一艘大船,无人能将其推下水,于是我设计了一套杠杆轮滑系统,只需施很小的力就能拉动很重的物体。
记者:……可能您的生活方式和我们确实不太一样。”
可惜这个一生都致力于科学研究的老者,最后死于叙拉古城破那天。当时阿基米德在沙地上画几何图形,一个罗马士兵冲进来要带走他。他说:“请让我证明完这条定理,我不能给世人留下一条未完的证明。”并示意士兵别碰他的图形。
罗马士兵觉得自己的威严受到冲撞,于是刺死了阿基米德。
阿基米德一生的贡献
在数学方面,他用穷竭法算过圆周率,证实了圆柱体体积与其内切球体积之比,和他们的表面积之比都是3/2。在物理学方面,他的贡献主要有静力学中的杠杆原理和流体力学中的浮力定律。在天文方面,他发明了天文测量用的十字测角器。在机械应用方面,他发明的“螺旋提水器”至今还在运用。
“阿基米德测皇冠的故事,就是利用浮力定律,用皇冠排开的水的体积,来测得皇冠的密度。进而判断它到底是不是纯金。”
杠杆原理的日常运用
天平、杆秤、剪刀、筷子、跷跷板等都是杠杆原理的实际运用。杠杆的动力臂越长就越省力,阻力臂越长则越费力。省力杠杆费距离,比如指甲刀;费力杠杆省距离,比如划船的桨;等臂杠杆不省力也不费力,它就是天平,用于衡量天平两端物体的重量。