對力的認識與運用
力是物理學中很重要、很基本的概念,它的形成在物理學史上經過了漫長的時間,後來物理學家才對它作出準確的定義。
我國古人通過對力的研究,掌握了基本的力學法則,還認識到浮力原理、水的表麵張力、虹吸管及其大氣壓力等,並留下了豐富的史料。
曹衝是曹操的兒子,自小生性聰慧,五六歲的時候,智力就和成人相仿,深受曹操喜愛。有一次,東吳的孫權送給曹操一頭大象,曹操帶領文武百官和小兒子曹衝,一同去看。曹操的人都沒有見過大象。這大象又高又大,光說腿就有大殿的柱子那麼粗,人走近比一比,還夠不到它的肚子。
曹操對大家說:“這頭大象真是大,可是到底有多重呢?你們哪個有辦法稱它一稱?”
這麼大個家夥,可怎麼稱呢?大臣們紛紛議論開了。大臣們想了許多辦法,一個個都行不通,真叫人為難了。這時,從人群裏走出一個小孩,對曹操說:“父親,兒有一法,可以稱大象。”曹操一看,正是他最疼愛的兒子曹衝,就笑著說:“你小小年紀,有什麼法子?”曹衝把辦法說了。曹操一聽連連叫好,吩咐左右立刻準備稱象,然後對大臣們說:“走!咱們到河邊看稱象去!”眾大臣跟隨曹操來到河邊。河裏停著一艘大船,曹衝叫人把象牽到船上等船身穩定了,在船舷上齊水麵的地方,刻了一條痕跡。
再叫人把象牽到岸上來,把大大小小的石頭,一塊一塊地往船上裝,船身就一點兒一點兒往下沉。等船身沉到剛才刻的那條痕跡和水麵一樣齊了,曹衝就叫人停止裝石頭。
大臣們睜大了眼睛,起先還摸不清是怎麼回事,看到這裏不
由得連聲稱讚:“好辦法!好辦法!”
現在誰都明白,隻要把船裏的石頭都稱一下,把重量加起來,就知道象有多重了。曹操自然更加高興了。他眯起眼睛看著兒子,又得意洋洋地望望大臣們,心裏好像在說:你們還不如我的這個小兒子聰明呢!曹衝稱象的方法,正是浮力原理的具體運用。其實在我國史籍中記述了各種各樣的力,其中不乏有趣的故事,古人對力的認識是值得稱道的。
在甲骨文中,“力”字像一把尖狀的起土農具一樣。用耒翻土,需要體力。這大概是當初造字的本意。
《墨經·經上》最早對力作出有物理意義的定義:力是指有形體的狀態改變,如果保守某種狀態就無需用力了。
墨家定義力,雖然沒有明確把它和加速度聯係在一起,但是他們從狀態改變中尋找力的原因,實際上包含了加速度的概念,它的意義是極其深遠的。
戰國初期成書的《考工記·輈人》最早記述了慣性現象。它描述趕馬車的經驗:在駕駛馬車過程中,即使馬不再用力拉車了,車還能繼續往前走一小段路。
對重力現象最早作出描寫的是《墨經·經下》。它指出,當物體不受到任何人為作用時,它
做垂直下落運動。這正是重力對物體作用的結果。在力學中有一條法則:一個係統的內力沒有作用效果。饒有趣味的是,我國人發現和這有關的現象驚人的早。
《韓非子·觀行篇》中最早提出了力不能自舉的思想:“有烏獲之勁,而不得人肋,不能自舉。”據說是秦武王寵愛的大力士,能舉千鈞之重。但他卻不能把自己舉離地麵。
東漢時期王充也說,一個身能負千鈞重載,手能折斷牛角,拉直鐵鉤的大力士,卻不能把自己舉離地麵。然而,這正是真理所在。再大力氣的人,也不能違背上述那條力學法則。因為當自