指南針
指南針是用以判別方位的一種簡單儀器。指南針的前身是中國古代四大發明之一的司南。主要組成部分是一根裝在軸上可以自由轉動的磁針。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的南極，利用這一性能可以辨別方向。常用於航海、大地測量、旅行及軍事等方麵。
指南針輾轉傳入歐洲後，在航海大發現中發揮出不可替代的作用。但科學史家清楚，最早解答“指南針為何能夠指南”問題的並不是中國人，而是英國科學家吉爾伯特。
中國最早的指南針理論，是建立在陰陽五行學說基礎上的“感應說”。11世紀中葉時我國大科學家沈括還對指南針感到匪夷所思，他的《夢溪筆談》介紹了指南針的人工磁化方法、磁偏角的發現和指南針的架設方法，但對指南針為什麼會指南卻沒有一點概念——“磁石之指南……莫可原其理！”隨後，文人學者們從陰陽五行學說出發，結合當時人們對大地形狀的認識，提出各種指南針理論。例如，最晚成書於宋代的《管氏地理指蒙》，首先提出如下邏輯：
指南針
“磁針是鐵打磨成的，鐵屬金，按五行生克說，金生水，而北方屬水，因此北方之水是金之子。鐵產生於磁石，磁石是受陽氣的孕育而產生的，陽氣屬火，位於南方，因此南方相當於磁針之母。這樣，磁針既要眷顧母親，又要留戀子女，自然就要指向南北方向。”
從近代物理學的觀點來看，“蒙氏理論”完全異想天開，但從事物的屬性出發解釋其行為，在東西方科學史上都是常用的做法。我國古代陰陽學說昌盛，用陰陽學說闡釋指南針指南及“常微偏東”的原理，是再自然不過的事情。特別是，該理論認為磁石不同端麵有不同屬性，它們決定磁針的指向，這種說法很容易啟發人們發現磁石的兩極，並進一步聯想到磁極與磁針指向之間的關係，從而為正確認識這一問題找到可能的途徑。
南宋人的指南針原理，仍認為“指南針之所指，即陽氣之所在”，隻是圍繞磁偏角現象，立論依據更多轉向地理方位的坐標係統——中國古人認為地是平的、大小有限，這樣地表麵必然有個中心，過該中心的那條子午線就是唯一的南北方向。南宋人曾三異等認為，一旦測量地點不在這條南北線上，指南針所指向自然“少偏”。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南正針由大地方位係統決定，而偏角則由天體方位劃分係統所決定。這種說法體現了傳統指南針理論在陰陽感應學說和磁偏角的存在這一矛盾麵前所表現出來的窘迫。
明萬曆年間（公元1573～1620年），傳教士來華，帶來西方的指南針理論、地球學說以及相關科技知識。受其影響，中國學者開始從新的視角探討指南針理論問題，在此過程中，陰陽五行的作用不斷淡化，力學角度的分析不斷增加，但吉爾伯特1600年提出的科學理論連西方學界都沒統一，更談不上入主東土。傳教士中，1658年抵華的比利時耶穌會士南懷仁的指南針理論最係統，但他認為決定磁針指向的是地球的地理南北兩極本身，理論仍然局限在古代科學的範圍，而不像吉爾伯特認識到地球本身存在一個磁體。南懷仁理論在中國影響深遠，直到19世紀中葉，我國仍有學者用它解釋指南針問題。而此時，清末來華的傳教士已開始著手把西方近代磁學知識介紹給中國了。
杠杆原理
杠杆原理亦稱“杠杆平衡條件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的兩個力（動力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂。從上式可看出，欲使杠杆達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。
古希臘科學家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言：“給我一個支點，我就能撬起地球！”這句話有著嚴格的科學根據。
阿基米德在《論平麵圖形的平衡》一書中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆實際應用中的一些經驗知識當作“不證自明的公理”，然後從這些公理出發，運用幾何學通過嚴密的邏輯論證，得出了杠杆原理。這些公理是：（1）在無重量的杆的兩端離支點相等的距離處掛上相等的重量，它們將平衡；（2）在無重量的杆的兩端離支點相等的距離處掛上不相等的重量，重的一端將下傾；（3）在無重量的杆的兩端離支點不相等距離處掛上相等重量，距離遠的一端將下傾；（4）一個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替，隻要重心的位置保持不變。相反，幾個均勻分布的重物可以用一個懸掛在它們的重心處的重物來代替（5）相似圖形的重心以相似的方式分布……
正是從這些公理出發，在“重心”理論的基礎
阿基米德上，阿基米德發現了杠杆原理，即“二重物平衡”時，它們離支點的距離與重量成反比。阿基米德對杠杆的研究不僅僅停留在理論方麵，而且據此原理還進行了一係列的發明創造。據說，他曾經借助杠杆和滑輪組，使停放在沙灘上的桅般順利下水，在保衛敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰鬥中，阿基米德利用杠杆原理製造了遠、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人，曾把羅馬人阻於敘拉古城外達3年之久。
杠杆原理被應用到方方麵麵的機械中，是簡單機械的基本原理。常見的滑輪、杠杆、輪軸都是利用的都是這一原理。阿基米德所創立的杠杆原理和力學理論，也奠定了他在物理學發展過程中的先行者的角色。作為一名自然哲學家，阿基米德是力學這門學科的真正創始人。
自由落體定律
比薩是意大利北部一座美麗的海濱城市。1564年2月15日，在這座小城裏誕生了一個男孩。他就是近代物理學的開山鼻祖——伽利略。
伽利略從小聰明好學，上學的時候，總愛向老師提各種各樣的問題，老師們見了他實在是又喜歡，又害怕。因為他提出的種種問題，常常把老師問得張口結舌。
到了大學時期，伽利略成為一個善於思考、有獨立見解的青年。那時候，在大學裏，亞裏士多德的思想被奉為金科玉律。要是學生對老師的說法有什麼懷疑，老師隻需一句話：“這是亞裏士多德說的。”學生便不敢再生懷疑。而伽利略卻與眾不同，凡事他都要弄個明白。伽利略家境貧寒，父親見他讀書這樣不守“規矩”，就讓他中途輟學了。好在伽利略從小養成了獨立思考和刻苦鑽研的習慣，他就在家裏自學，研究他—心喜歡的數學和物理學。四年以後，由於他在數學和物理學方麵的非凡造詣，被他的母校聘請回去當教授。這位25歲的教授，可不像其他教授隻知道背誦亞裏士多德的著作，他提出科學需要細心的觀察和精確的實驗。那時，物理學上有一條亞裏士多德提出的經典定律。亞裏士多德說，如果讓兩件東西同時從空中落下，必定是重的先落地，輕的後落地。可是伽利略卻認為物體落下來的速度跟它自身的重量是沒有關係的。當伽利略提出自己的想法時，別人都把他當做是個不知天高地厚的瘋子，於是他決心做—次實驗，讓人們來個親眼目睹。