錫匠這時才說:“玻璃製成的器物,怎麼還能讓堅硬的東西磕碰呢?惟獨水銀,又柔軟又沉重,慢慢灌入瓶中,不會使瓶損傷。水銀雖然對金子有腐蝕,但在裏麵,眼睛看不到,所以不受什麼影響。”
徽宗十分高興,重重賞賜了這個錫匠,並讓他將剩下的8個玻璃瓶也托上金裏子。
水銀是自然界中一種比較特別的物質。它的比重很大,是水的10多倍,又以液體的形態存在,同時具有這兩種特點的物質在自然界中並不多見。液體具有形狀可變性,充塞性非常好,水銀灌入玻璃瓶,便很快充塞滿瓶內的空間,同時也將金裏子貼向玻璃瓶。當蓋上瓶口搖晃玻璃瓶時,因為水銀的比重很大,感到很沉重,但水銀對金裏子的擠壓力相應也很大,搖動多次,便能將金裏子服服帖帖地托在玻璃瓶內。
6.誰是偷魚賊
一天,丁老師給同學們講了一個故事:
從前,有一個商人,在荷蘭的阿姆斯特丹港口,向當地漁民購買了5000噸青魚。為了防止丟失,他親自監督過磅,然後又看著裝上了船,這才放心地起錨開航了。旅途中,他派專人看守盛魚的船艙,以為這樣做,總該萬無一失不會少了吧!這樣,船經過了幾十天的航程,來到了非洲赤道附近的馬加的沙港停泊,準備在那兒將魚脫手賣出去。誰知,一過秤,卻發現青魚少了將近19噸。奇怪!短缺的魚到哪裏去了呢?被偷是不可能的,因為輪船沿途並沒有靠過岸哪!當時,大家都無法揭開這個秘密。
“丁老師,我看準有個高明的偷魚賊,躲在船艙裏,乘他們不注意把魚丟到海裏去了!”小淘氣好像猜著了這個秘密似的說。
小鑽研也感到驚奇,問道:“一個物體有多重就是多重,怎麼會這兒稱稱10斤(1斤=500克)重,到那兒稱稱又隻有9斤多了呢?”
丁老師接著說:“一個物體的質量是不會變的,因為質量就是物體所含物質的多少。可重量呢?它是物體所受到的重力的大小,是由於地球對物體的吸引而產生的。地球對同一物體的吸引力,在地球表麵的不同地方,實際上是不完全相同的。你們知道,地球是什麼形狀嗎?”
“像皮球一樣——圓的!”小淘氣隨口回答說。
“不,我看過一本介紹地球的書,它說地球並不是一個真正的圓球,在赤道處肚子是挺出來的呢。”小鑽研改正說。
“對,嚴格說來,地球是一個扁橢球體。它的赤道處的半徑是6378千米,如果我們從赤道往兩極去,就將和地心的距離越來越近。從南北極到地心的距離卻隻有6357千米,同赤道相比,竟相差21千米哪!地球對一個物體吸引力的大小,是隨著它離地心距離的大小而變化的。距離近了,吸引力就大些;距離遠了,吸引力就小些。據有關科學家計算,在兩極地區物體的重力,要比赤道附近大053%。如果在南北極稱是1000克重的東西,運到赤道附近時,就隻有9947克了。”丁老師有理有據地說。
稍停了一會兒,丁老師又說:“此外,物體的重量還同地球的自轉速度有很大的關係呢。平時,你們有這樣的體會吧:下雨天,你將張開的雨傘猛地一旋轉,雨水就會向四麵八方飛濺出去。我們站在旋轉著的地球上,為什麼沒有像旋轉傘上的雨水一樣被拋出去呢?這是由於地心吸引力把我們緊緊拉住的緣故。在南北極,基本上不受地球旋轉的影響,所以,那兒的重力最大。在赤道附近,那兒的旋轉速度最大,重力反而要減輕1/191哩。現在,你們能回答誰是偷魚賊了嗎?”
隻見小淘氣忽然站起來,說:“這偷魚賊,原來就是‘地球引力’呀!”
丁老師點點頭,說:“是啊!是‘地球引力’在跟人們開玩笑。5000噸青魚從北極附近運到赤道,重量就要減少19噸哪!”
“如果我們在高空中稱體重,會不會比在平地上輕些呢?”小鑽研提出了問題。
“會的。假如一個人能夠在離地麵6400千米的高空稱體重,本來是60斤(1斤=500克),這時卻隻有15斤了。這是因為,你離地心的距離比在平地上增加了一倍!”丁老師肯定地說。
小鑽研又問:“丁老師,如果我們登上月球,人會不會更輕些了呢?”
“小鑽研想得很深。好,請坐在靠窗的同學拉一下黑簾布。我帶來一部《宇航員登月》的紀錄影片,讓我們來邊放映邊回答小鑽研提出的問題。”丁老師說著,從地上拎起一架小型放映機,放在講台上。
不一會兒,電影開演了!隻見雪白的牆上出現了深藍色的夜幕,接著一個銀輝燦燦的圓球出現在夜幕上。
丁老師解釋說:“由於月球的個頭兒比地球小,分量輕,81個月球的質量加起來,才抵得上一個地球的質量。所以,月球對物體的吸引力要比地球小多了,它隻有地球的1/6。一個來自地球60斤重的人,來到月球一稱,嘿,隻有10斤重了!”丁老師換了一口氣,又說:“你們看,月球上到處都是坑坑窪窪的,那些縱橫交錯、奇形怪狀的山叫環形山;還有連綿不斷、高大的群山以及陡峭的峽穀和縱橫交錯的溝渠……盡管這樣,宇航員在那兒走起路來卻身輕如燕,跳躍自如。可以設想一下,要是在這兒開個運動會的話,倒是怪有趣的。像跳高、跳遠、舉重、賽跑、標槍等項目,準能創造出驚人的新紀錄來!”
電影很快結束了,黑簾布拉開了,教室裏頓時充滿了明媚的陽光,蕩漾起同學們熱烈的討論聲。
7.撈鐵牛
宋朝時候,我國經常遭受水災。公元1034~1060年間,黃河就曾三次決堤。
有一年在河中府地方(現在的山西永濟)也發生了大洪水。洶湧的大水淹沒了莊稼,毀壞了道路,那裏的一座浮橋也被衝斷,連8隻用來固定浮橋的每隻幾噸重的大鐵牛,也被牽動到河的下遊,陷進淤泥裏去了。
過了幾天,洪水退走,人們開始重整家園,並計劃修複這座浮橋。但是,鐵牛還沉在河底裏,要修複浮橋,先得把鐵牛撈出來。可是又怎樣才能把它從河底裏撈出來呢?鐵牛好幾噸重,誰有那般神力?官府貼出了“招賢榜”,招請能把大鐵牛從河底裏撈出來的能人。白紙黑字,分外惹眼,榜前圍了許多人,議論紛紛,但誰也沒有好主意。
忽然有一個人,一伸手把“招賢榜”揭了下來。大家一看,揭榜的竟是一個過路的和尚,他略顯清瘦,麵孔白淨,穿著寬大的法衣。有位老人好心地對和尚說:“大師父,一隻鐵牛好幾噸重,如今又陷在淤泥裏,要把它們撈起來,可不是一件容易的事呀!難道你能請神仙來幫忙?”
那和尚卻不慌不忙地笑著說:“我哪裏有什麼神來幫忙,水衝走了鐵牛,我就再叫水把鐵牛送回來。”
和尚派人找來兩艘大木船,把它們並排拴在一起,中間留出一個空隙,叫人在兩船之間用大木頭搭起一個架子,成為一個“艸”字的樣子。再叫人在船上裝滿泥土。然後他親自帶人,將船劃到鐵牛沉沒的地方,挑選了幾個精悍的年輕人潛入水底,用一些繩索牢牢地綁住鐵牛。然後把繩子的端頭拽回船來,拉直後拴在木架上。一切安排妥當,和尚招呼眾人把船上的泥土一鍬一鍬地扔到河裏。船上的泥土一點點地減少,拴在木架上的繩索一點點地拉緊。當船上的泥土快要扔完時,終於“舟浮牛出”,那幾噸重的鐵牛從河泥裏拔了出來,吊在水中,被船拖到了原來的位置。
刹時,人們雀躍歡呼,圍住這位聰明過人的和尚,讚揚感謝他。就這樣,一次又一次,8隻大鐵牛全部被拖運好。官府為了獎勵這個和尚,特地趕做一套“紫衣”袈裟賜給他。
這個和尚就是我國古代的工程家懷丙。他撈起沉重的大鐵牛,也是利用物理學上浮力原理。大船裝滿泥土後,“吃水”很深,排開的水量很大,向上的浮力也很大,等於裝滿泥土的大船的總質量。把泥土扔掉一點,船的總質量就小於浮力了,船應當向上浮,可是又被連結鐵牛的繩索拉住了。於是這多餘的浮力便通過繩索拉鐵牛。扔出的泥土愈多,多餘的浮力愈大。當它超過鐵牛在水裏的向下沉力和淤泥對它的嘬力的時候,鐵牛就會和船一起向上浮動,離開河底,船就可以拖著它在河裏慢慢前進了。
現在打撈沉船的方法中,有一種“浮筒打撈法”,也是同樣的原理。打撈時,先往體積很大的密封鋼筒——浮筒裏灌滿水,讓浮筒沉下去。潛水員潛入海底用鋼纜把浮筒拴牢在沉船上。再開動空氣壓縮機把筒裏的水排開去,就像懷丙把船上的泥土扔到河裏去一樣,這樣,浮筒就有了多餘的浮力將沉船往上拉,浮力大於沉船的重量時,就能把沉船撈上來。