正文 第六章 無處不在的力學故事(3 / 3)

張燾聽罷,不好勉強。就下命裁縫趕做一件“紫衣”袈裟賜給他,因為他原來的一件僧衣,在施工中弄破幾處,難以縫補了。

懷丙接受了紫衣袈裟後,便告辭了。

離開河中府後,人們再也聽不到懷丙和尚的消息了。

子貢的智慧子貢,姓端木,名賜,子貢是他的字,春秋末期衛國人。是孔子的得意門生。常常遊說於吳、越、晉國之間。

有一次,子貢到楚國遊曆後,從南方返回晉國,途中經過漢陰,看到一位種菜老人正在菜園裏忙碌,給蔬菜澆水。水是從井裏弄來的。為了取水,他挖了一個地道下到井中,一步步地走下去,抱著一個罐子打水,然後又一級級台階地爬出來,澆灌到菜地裏。他用了很大的氣力才澆灌了一小片菜地。

早在黃帝時代,人們就懂得挖井取水,然而取水之法卻各有不同。子貢見到這個種菜老人還是用這最古老的方法取水,便走上前去說:“老丈,你聽說過一種提水的機械嗎?一天可以澆灌一百畦菜地呢!用力很少而很有成效,老丈您難道不想使用使用嗎?”

種菜老人抬起頭看看子貢,疑惑地問:“這種機械是怎樣的?”

子貢說:“鑿木做成機械,架起來,後麵重前麵輕,提水很輕鬆,像抽水引水一樣流得很快,又像沸湯湧溢一樣。這種提水的機械我親眼見過,它的名字叫桔槔。”

我國古代挖井取水的曆史十分悠久,足有六七千年的曆史。後來推廣開去,遍及全國。如在商湯時代,有一年天下大旱,農田都已開裂,農夫們十分焦慮。宰相伊尹指導農夫們在田頭鑿井,取水灌溉。那時井的形狀有長方形和橢圓形的。隨著井越挖越多,經驗也越來越豐富。井壁有的用碎陶片夯實,有的用磚石砌成,於是井壁就不易坍塌,水井也就可以越挖越深了。同時,取水的方法也隨之變化,開始的井不深,就直接下到水邊,用罐子裝水。

在商朝宰相伊尹指導下鑿的井,大都在田邊地頭,便於直接取用。後來,農夫們就用兩根繩子係住木桶兩端,兩個人共同操作。這種取水工具叫戽鬥,需要有較寬敞的水麵,大都用於大口井或池塘。至於較深的井,就用繩索或杆子綁上水桶,放入井中提水。接著又改進為“桔槔”提水。在子貢那個年代,桔槔已成為很普通的汲水工具,得到了廣泛的使用。子貢看到種菜老人還是用老辦法提水,自然十分驚訝,所以他還詳細地講述了桔槔的好處。

子貢告訴種菜老人,桔槔汲水時靠人牽引,把係著水罐或水桶的繩子拉下來(也可以用木杆或竹竿綁住水罐),放進井中汲滿水,再放開它,或者輕輕用手一提,水罐就自然升出井外……子貢隻知桔槔提水省力的原因是“前輕後重”,卻不知這是運用了“杠杆原理”。桔槔可以省力,但也有不足之處,如果水井很深,水位很低,那就不太方便了。因此,後來又有人製造出轆轤和滑車,它們是利用輪軸轉動的原理,搖把轉動輪軸,絞起提水的繩索,這比桔槔更為省力和迅速。有的地方井口比較寬敞,便同時吊上兩三個水桶,工效更高。再後來,到了隋代,人們就發明了一種“立井式”的水車。性情詼諧言辭幽默的侯白在《啟顏錄》中記載:“詣園觀植蔬,見水車以木桶相連,汲於井中。”可知,立井式水車是利用木輪轉動,帶動一連串的水桶,水桶或水鬥被絞出井口時正好傾倒,水就倒入井口旁水池,然後流入田地。水車可以用人轉動,也可以牲畜牽引……那才真是“水流很快速,象沸湯湧溢一樣。”隻是子貢無緣看到。

“飛將軍”巧射石虎西漢名將李廣驍勇善戰,騎術和箭法都極為高超。由於軍功卓越,他被任命為右北平郡太守,負責對匈奴族的邊防。他殺敵英勇,敵人聞風喪膽,匈奴畏服,稱他為“飛將軍”,連年不敢再發兵南侵。

邊患雖然寧息下來,但是,在北平地帶,燕山蜿蜒,草木茂密,常有猛虎出沒其間,傷害人畜。為了除滅虎害,李廣不辭辛勞,冒著危險,親自出動獵殺。

一個月黑風高的夜晚,李廣又出去獵虎。他和隨從軍士搜索行進,接近了一大片黑黑的大樹林。猛然,一陣涼風掠過,樹葉紛紛墜落。李廣警覺起來,定睛望著一個隱僻角落,見到茂密的草叢裏,伏著一個黑影,一動也不動。李廣暗想:“這無疑是一隻伺機傷人的猛虎。”於是,揮手示意人們隱蔽起來,自己搭好箭,認定目標,不偏不倚地射了過去,隻見火星濺射,同時,耳邊傳來重重的金屬和石塊的撞擊聲。大家奔上去驗看獵物,原來射中的並不是猛虎,而是塊青色的臥牛石,李廣射出的箭鏃,則深深地鑽進石縫裏。大家對飛將軍的神力和技藝,讚歎不止,無不現出驚訝的神色。

這個故事中,箭鏃能深深鑽入石縫中,說明李廣射出的箭速度極高,具有很大的動能,當我們仔細地觀察用來射箭的弓時,可發現它隻不過是由一根彎曲的竹片和一根結實的弓弦組成,那它為什麼能把箭以那麼快的速度發射出去呢?而假若讓一個十分強壯的人用手去投擲一支箭時,箭非但投不了多遠,而且速度很慢,根本沒有殺傷敵人的威力。難道是竹片的力量比人的力氣還大嗎?顯然不是,因為強壯的士兵甚至可以把弓拉斷!

其實,這一看似不可理解的問題,我們隻要運用曾經學過的物理學知識就可以得到解釋。牛頓第二運動定律指出:物體所產生的加速度a與所受的力F成正比,與其質量m成反比。

即:a=F/m當一個強壯的士兵空手投擲一支箭時,他的肩膀、手臂、手腕等部位都在使勁發力,所產生的力F不可謂不大。但是,這個力不僅在把他手中的箭往前推送,同時使他的手、手臂、肩膀乃至於整個上半身都在向前運動。實際上,在以上的公式中的物體質量m已經不僅僅是一支箭的質量了,而是箭的質量加上向前運動的手臂和身體的質量了。這樣一來,所產生的加速度a=F/m就很小了。因為箭是握在手中的,所以箭所獲得的加速度就是手所獲得的加速度,所以飛出去的速度也很小。

而當利用弓箭發射箭的時候,弓體所產生的彈力雖然不如人的手臂和上身產生的力大,但弓弦和箭的總質量很小,因此箭所獲得的加速度就很大,能以高速飛出,威力比用手投擲大得多,這就是為什麼聰明的古人用弓箭作戰的原因。

遨遊太空第一人尤裏·加加林,白俄羅斯人,於1934年出生於蘇聯斯摩棱斯克州格孔茨克區的克盧希諾鎮,他的父母,乃至祖父母都是農民。1951年,他以優異成績畢業於柳別爾齊職業中學,成為受訓冶金工人並繼續在薩拉托夫工業技術學校學習,業餘時間學習飛行。1955年,加加林以優異成績從工業技術學校畢業後,開始在奧倫堡航空軍事學校學習飛行。

兩年後,他成為前蘇聯北方艦隊航空軍團的一名殲擊機飛行員。1959年10月,在前蘇聯首位宇航員的選拔賽中,加加林脫穎而出,並開始在前蘇聯宇航員訓練中心接受正規培訓。在訓練中,加加林以出色的飛行成績成為前蘇聯第一名宇航員。

1961年4月12日早晨,27歲的加加林準備開始曆史上最冒險的一次旅行。幾千年來,所有的人都在幻想太空旅行究竟會是什麼樣的。現在,加加林將用他的親身經曆去揭開謎底。

這天天氣格外晴朗,遠處飄浮著朵朵的白雲,周圍漫無邊際的大草原一片靜寂。發射場中央聳立著耀眼的銀白色火箭,在火箭頂端的是世界上第一艘載人宇宙飛船——前蘇聯的“東方1號”。

加加林身穿橙色宇航服,頭戴白色宇航帽,他走向領導小組,舉手敬禮並莊嚴地報告:“國家委員會主席同誌,宇航員加加林上尉準備乘世界上第一艘航天飛船飛行。”加加林向為他送行的人們揮手致意,然後乘升降機登上了發射平台,鑽進飛船座艙,仰臥在“東方1號”

特製的彈射椅上。

起飛之前,加加林通過廣播,發表,了熱情的講話:“再過幾分鍾,巨大的宇宙飛船將把我帶入遙遠的宇宙空間。我考慮了落在我肩上的巨大責任:第一次實現世世代代人們所向往的東西,第一次為人類鋪設通向宇宙的道路……再見,就像人們啟程遠行時相互間通常說的那樣!”莫斯科時間上午9時7分,隨著“預備——點火”一聲令下,火箭尾部噴出熊熊烈焰,頂著“東方1號”騰空而起,載著人類的第一位使者,向著宇宙空間奔去。

到達預定的高度以後,飛船進入環繞地球的軌道,開始做一圈4萬千米的宇宙航線的飛行。這時,飛船裏的一切物體都“失重”。這時,加加林隻要稍一用力,就可以使身體在座艙裏飄浮;手舉起以後,要用力才能放下;寫字的時候,時刻都要用手牢牢地按住本子,以防它突然飄走。

當“東方1號”達到最高點時,加加林已經適應了失重的環境。這時,透過飛船厚厚的舷窗,加加林從太空中俯瞰地球。他驚異地發現,地球被一層淡藍色的光籠罩著,陡峻的山脈、蜿蜒的河流、蔥鬱的森林、蔚藍色的海洋。“真是太美了!”加加林由衷地讚歎道。

“東方1號”越過蘇聯、印度、澳大利亞和太平洋,完成了環繞地球飛行一圈的任務,地麵發來了“返航”的指令。

“東方1號”開始不斷接近地麵,當離地麵還有七千多米時,加加林和座椅一起彈射出來,下降到四千多米時,座椅和加加林分離了,加加林以更慢的速度飄向地麵。

驚心動魄的108分鍾太空旅行終於結束了。加加林的壯舉使人類數千年的夢想成為現實,標誌著人類從此進入了太空時代。為了紀念這個劃時代的成就,4月12日成了“航空航天國際紀念日”。

空氣也能賣1909年,飛機剛剛發明,所以當時的飛行員非常受歡迎。

有一位飛行員從德國飛到英國去。路上機件出了故障,飛行員被迫在一個小鎮附近降落了。他找一家飯店去吃飯。不料,飯店很快就擠滿了人,大家圍著飛行員,爭先恐後地請他簽名。

一個商人也擠在人群裏麵。飛行員偶然把自己的名字寫在餐桌的台布上。商人馬上向店主把這塊台布買了去。

飛行員走後,商人在他坐過的餐桌旁邊到處察看。

他渴望能弄到一點飛行員留下的紀念品,可以高價出售。

但是,他什麼也沒找到。這時,他突然想到飛行員在飯店裏呼吸過的空氣,如獲至寶。他立刻把飯店裏所有的門窗都關上,跑去對飯店老板說:“親愛的店主,我想向您買這間屋子裏的空氣,可以嗎?”

飯店老板愣住了,他從來沒想過空氣也可以賣錢。

他心想,這個商人一定是發瘋了,於是,決定乘機敲他竹杠。

“我完全同意”。飯店老板說:“這間屋子的容積一共是100立方米。每1立方米空氣算10塊錢,一共是1000塊錢。”

“這太貴了。”商人說,“我看這樣吧:每1公斤空氣,給您10塊錢。”

飯店老板想,空氣太輕了,這有多少呢?但是,他還是同意了,因為他知道沒有第二個人會來買空氣的。

商人把門窗都封好,就去拿抽氣筒。

旁邊看熱鬧的人對飯店老板說:“你上當了。空氣連一點重量也沒有。你把全屋子的空氣都給了他,也得不到一個子兒的。”

飯店老板聳了聳肩膀,無可奈何地笑了笑。

然而結果怎樣呢?結果商人反而多花了293塊錢,他一共花了1293塊錢,才把空氣買了去。

原來空氣是有重量的。每1立方米空氣的重量是1293公斤。100立方米空氣的重量是1293公斤。商人原以為空氣一點重量也沒有,可以不花一個錢買到手。

現在卻花了1293塊錢,把沒有用的空氣買了去。

騾子的恐慌一百多年前,在美國西部的一個要塞中,一名愛動腦筋的少校想:“現在的炮車要馬和騾子拉,道路不好走時,還要把它拆開來馱運,射擊時再組裝起來,太麻煩了。如果把大炮直接安在馬和騾子背上,不但行軍速度提高了,而且進入、撤出陣地的時間也會大大縮短。”他把這個想法上報給要塞司令官,司令官大加讚賞,決定讓少校馬上組織進行實驗。

少校命令士兵們挑選一門榴彈炮和一匹非常健壯的野戰騾子。士兵們七手八腳地用皮帶把榴彈炮炮口朝後牢牢地捆在騾子的背上,並且在炮管裏裝入一枚球形的榴覆彈,少校把騾子牽到懸崖上,讓它轉過身來使炮口指向河中的目標。軍官們在距離騾子不遠處圍著騾子站成一個弧形看熱鬧。少校得意洋洋地宣布說:“世界上第一個自行榴彈炮射擊實驗開始。”接著把定時引信插入榴彈炮火門中。

騾子聽到自己背上發出嘶嘶的響聲,心神不安地害怕起來。它轉過頭來想看看到底是什麼東西在自己背上,它一回頭不要緊,身子也跟著轉了過去,炮口在水平方向橫掃起來,當它看清楚是剛才捆在自己背上的那個大黑家夥冒著煙時,終於驚蹶起來,四條腿縮成一束原地打起轉來。榴覆彈的作用半徑是3千米多,眼看周圍的每一個人都有被炮彈擊中的危險。

軍官們慌亂起來,要塞司令官像猴子一樣爬到一棵大樹上;中尉們連滾帶爬地向崖邊跑去,一個接一個地跳進河中;副官掉頭撒腿向要塞跑去;軍士們原地臥倒,用刺刀匆匆地建造著圍牆;少校呢,被騾子撞倒在地上。

騾子的背上不斷地噴出一團團煙霧,“轟”,發出了沉悶的一聲巨響。隻見騾子往後邊連續翻滾著,滾下了懸崖。而炮彈卻朝著要塞飛來,正好擊中了少校宿舍的煙囪。

聰明的少校為什麼會失敗?原因是他忽略了大炮射擊中的後坐力。炮膛內火藥氣體產生的壓力推著彈丸向炮口方向運動時,會產生一個向後的力,推動炮膛後壁,這個壓力即使在那時火炮威力較小的情況下,也有幾千公斤之大。幾千公斤的力瞬間作用在體重不足一二百公斤的騾子身上,後果不難想象。這次失敗給人一個啟發:

注意後坐力。因此現代自行火炮除具有反後坐力的裝置外,還把火炮裝在一個很像坦克底盤的大鐵家夥上,就是充分考慮了後坐力的緣故。