书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(上)
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第27章 杠杆的发现

一天,亥尼洛国王接到了阿基米德的一封信,信里说:“我确信,只要给我一个支点,我就能撬起地球!”

亥尼洛看着这封信发呆,便派人把阿基米德找来:“阿基米德,你信上说的我一点也不明白!”

“陛下,这里说的是杠杆原理。”阿基米德说,“杠杆是力的放大器。”

杠杆是谁发明的,已经无法考证了。事情大概是这样的:原始人为了保护自己的洞穴,常常用大石头堵住洞口。他们是怎样搬动大石头的呢?

也许是一次偶然的机会,有的人把树干的一端放在大石头下面,在靠近这一头的树干下恰好有一小石头。原始人向下一压树干,没费太大的力气,大石头居然动弹了。

“撬”这个词儿诞生了。用树干撬石头的办法传播开了。

我国的古书《庄子》里,记载了这样一段故事:孔子的学生子贡路过汉阴时,看到老农抱着瓮跳到水洼里取水灌田,非常吃力。子贡便向老农介绍说:“有一种机械叫桔槔,用力甚小而见效甚大,‘后重前轻’、‘挚水若抽’,提水是很方便的。”这桔槔就是一种杠杆,不过它后边拴了块大石头。

在阿基米德时代,已经出现了不少种杠杆,阿基米德留学时就看到过埃及人提水的杠杆——“沙杜佛”,它是和桔槔类似的提水工具。

“撬棍撬石头为什么省力呢?”阿基米德又在思考了,他成天价摆弄着撬棍、石头和桔梗一类的东西,终于悟出了一些道理。

阿基米德是总结出杠杆原理的第一人。

任何杠杆都有三个着力的地方:支持杠杆的地方叫做支点,用力的地方叫做动力点,接触载荷物的地方叫做阻力点。从支点到动力的作用线的距离叫动力臂,从支点到阻力作用线动力点的距离叫阻力臂。

阿基米德经过反复实验和研究,发现杠杆的动力臂越长,举起重物需要的力量越小,并且找到了它们之间的关系:

动力×动力臂=阻力×阻力臂即:FA·OA=FB·OB

这一天,国王又把阿基米德叫了来:

“你既然有力的放大器,你能不能把大货船移动一下?”

“什么大货船?”阿基米德好奇地问。

“是这样的,”亥尼洛解释说,“我给埃及国王造了一艘三桅货船。不过这艘货船造得实在太大了,我把叙拉古全城的男子都召集来,也没法把船推到海里……”

阿基米德鞠了一躬,说:“我接受您的挑战。”

这一天,阿基米德宣布,他已经准备好了。

船坞上挤得人山人海,大家都跑来看热闹。

大船放在船架上。它本身就很沉重,亥尼洛王还叫人给它装了货。

阿基米德不慌不忙地检查了系在船上的绳子和一些轮子,然后用手摸住手柄,开始摇动手柄。真奇怪,大船居然慢慢移动了!

人群中爆发出一阵欢呼。

在现代起重设备上,也使用着阿基米德用过的“力放大器”——滑轮组和绞盘。绞盘又叫手摇卷扬机,它和辘轳的原理一样,这类机械叫做轮轴。自行车的脚踏板和轮盘就是一种轮轴;拧螺丝的改锥(起子)也是一种轮轴。轮轴是一种变形的杠杆,轮半径OA就是杠杆的动力臂;轴半径OB则是阻力臂。

滑轮也是杠杆的变形,使用滑轮组可以省很多力,估计阿基米德使用了滑轮组。

那么,用“力的放大器”能否撬动地球呢?在理论上似乎可以,但实际上却根本办不到,因为:

第一,宇宙间的天体都在不停地运动着,根本找不到一个相对不动的支点。

第二,需要一根很长的杠杆,它的动力臂应该是阻力臂的一千亿亿倍,这种杠杆是造不出来的。

第三,就是以上两点能办到,把地球撬起1厘米,阿基米德必须在杠杆的动力臂一头按下10亿亿千米,他就是不吃不睡,每秒按下1米,也要苦战3万亿年才能办到——这比人类的诞生史还要长。