杠杆原理的发现

提要:阿基米德有一句流传千古的名言:“给我一个支点,我就能撬起整个地球!”而这句话又有着怎样的科学根据呢

且说阿基米德将自己锁在海边的一间石头小屋里,正夜以继日地写作《浮体论》。这天突然闯进一个人来,一进门就忙不迭地喊道:“哎呀呀!你老先生原来躲在这里。此刻国王正撒开人马,在全城四处找你呢。”阿基米德认得他是朝内大臣,心想,外面一定出了大事。他立即收起羊皮书稿,伸手抓过一顶圆壳小帽,飞身跳上停在门口的一辆四轮马车,随这个大臣直奔王宫。

当他们来到殿前阶下时,就看见各种马车停了一片,卫兵们银***铁盔,森列两行。殿内文武满座,鸦雀无声。国王正焦急地在地毯上来回踱着步子。由于殿内阴暗,天还不黑就燃起了高高的烛台。灯下长条几案上摊着海防***、陆防***。阿基米德看着这一切,就知道他最担心的战争终于爆发了。

撬动地球之说

原来这地中海沿岸在古希腊衰落之后,先是马其顿王朝的兴起,马其顿王朝衰落,又是罗马王朝兴起。罗马人统一了意大利本土后向西扩张,遇到了另一强国迦太基。公元前264年到221年两国打了二十三年仗,这是历史上有名的“第一次布匿战争”,罗马人获胜。公元前218年开始又打了四年,这是“第二次布匿战争”,这次迦太基起用了一个奴隶出身的***事家汉尼拔,一举擒获罗马人五万余众。地中海沿岸的两霸就这样长年争战,互有胜负。阿基米德的祖国叙拉古,是个夹在迦、罗两霸中的城邦小国,在这种长期的风云变幻中,常常随着人家的胜负而弃弱附强,游移飘忽。阿基米德对这种眼色外交很不放心,曾多次告诫国王,不要惹祸。可是现在的国王已不是那个阿基米德的好友艾希罗。他年少无知,却又刚愎自用。当“第二次布匿战争”爆发后,公元前216年眼看迦太基人将要打败罗马人,国王很快就和罗马人决裂,与迦太基人结成了同盟,罗马人对此举非常恼火。现在罗马人又打了胜仗,就大兴问罪之师,从海陆两路向这个城邦小国压了过来,国王吓得没了主意。这时他看到阿基米德从外面进来,迎上前去,恨不得立即向他下跪,忙说:“啊,亲爱的阿基米德,你是最聪明的人。听先王在世时说过,你都能撬动地球。”

关于阿基米德撬动地球之说,这还是他在亚里山大里亚留学时侯的事。当时他从埃及农民提水用的“沙杜佛”(吊杆)和奴隶们撬石头用的撬棍,发现了可以借助一种杠杆来达到省力的目的,而且发现,手握至支点的这一段越长,就越省力气。由此他提出了这样一个定理:力臂和力(重量)的关系成反比例。这就是杠杆原理。用我们现在的表达方式就是:重量×重臂=力×力臂。为此,他会给当时的国王艾希罗写信说:“我不费吹灰之力,就可以随便牵动任何重的东西。只要给我一个支点,给我一根足够长的杠杆,我也可以撬动地球。”可现在这个小国王并不懂得什么叫科学,他只知道在这大难临头之际,赶快借助阿基米德的神力救他一驾。

终极武器抛石机

可是这罗马***队着实厉害。他们作战时列成方队,前面和两侧的士兵将盾牌护着身子,中间的将盾牌举在头上,战鼓一响,这一个个方队就如同现代化的坦克一样,向敌阵步步推进,任你乱箭射来也只不过是把那盾牌敲出无数的响声而已。罗马***队还有特别严的***纪,发现临阵逃脱立即处死,士卒立功晋级,统帅获胜返回罗马时要举行隆重的凯旋式。这支***队称霸地中海,所向无敌,一个小小的叙拉古哪放在眼里。况且旧仇新恨,早想来一次清算。

这时由罗马执***官马赛拉斯统帅的四个陆******团已经推进到叙拉古城的西北。现在城外已是鼓声齐鸣,喊杀声连天了。在这危急的关头,阿基米德虽然对因国王目光短浅造成的这场祸害很是不快,但木已成舟,国家为重,他扫了一眼沉闷的大殿,捻着银白的胡须说:“要是靠***事实力,我们决不是罗马人的对手。现在要能造出一种新式武器来,或许还可守住城池,以待援兵。”国王一听这话,立即转忧为喜说:“先王在世时早就说过,凡是你说的,大家都要相信。这场守卫战就由你全权指挥吧。”

两天之后,天刚破晓,罗马统帅马斯指挥着他那严整的方阵向护城河逼来。今天方阵两边还准备了铁甲骑兵,方阵内强壮的士兵肩扛着云梯。马赛拉斯在出发前宣布:“攻破叙拉古,到城里吃午饭去。”在喊杀声中,方阵慢慢向前蠕动。按常规:城上早该放箭了。可怎么今天城墙上却是静悄悄地不见一人?也许几天来的恶战使叙拉古人已筋疲力尽了吧。罗马人正在疑惑间,城里隐约传来吱吱呀呀的响声,接着城头上就飞出大大小小的石块,开始时如碗如拳,以后越来越大,简直如锅如盆,火山喷发般地翻将下来。石头落在方阵里,士兵们忙举盾来护,哪知石重速急,一下连盾带人都捣成一团肉泥。罗马人渐渐支持不住了,连滚带爬地逃命。这时叙拉古的城头又射出了飞蝗般的利箭,罗马人的背后无盾牌和铁甲,那利箭直穿背股,哭天喊地,好不凄惨。

正是:

你有万马和千***,我有天机握手中。不怕飞瀑半天来,收入潭底静无声。

阿基米德到底造出了什么武器使罗马人大败而归呢?原来他制造了一些特大的弩弓――抛石机。这么大的弓,人是根本拉不动的,他用上了杠杆原理。只要将弩上转轴的摇柄用力板动,那与摇柄相连的牛筋又拉紧许多根牛筋组成的粗弓弦,拉到最紧处,再猛地一放,弓弦就能带动载石装置,把石头高高地抛出城外,落到一千多米远的地方。原来这杠杆原理并不只是简单使用一根直棍撬东西。比如水井上的辘轳吧,它的支点是辘轳的轴心,重臂是辘轳的半径,它的力臂是摇柄,摇柄一定要比辘轳的半径长,打起水来就很省力。阿基米德的抛石机也是用的这个原理。他真是把杠杆原理用活了。

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