“阿基米德爷爷,您学成后是不是又回到叙拉古了?那两个大国来攻打您们了吗?”
“对,我听从祖国的召唤,离开了培养我多年的亚历山大里亚城,带着丰富的知识和叙拉古人民的期望回到了我的祖国——叙拉古城。国王赫农任命我为国王顾问,对我满怀期望,希望我能将他在亚历山大里亚学到的知识用于建设祖国,使祖国日益强大起来。”阿基米德爷爷说。
“和您一起出去学习的人不是有好多吗,为什么国王偏偏如此器重您呢?”
“这还得从我为国王拖船入海的故事说起。”
“什么是拖船入海的故事,阿基米德爷爷,您快说”。我迫不急待地想知道到底是怎么回事,因为我最喜欢听故事了。
“噢,不着急。”阿基米德爷爷慢慢说起:“我曾经在众人面前夸下一个不可能实现的豪言壮语”。
“什么豪言壮语?”
“给我一个支点、我能推动地球!”阿基米德爷爷很自豪地向我及小胡子叔叔说起。
“推动地球?”我和小胡子叔叔同时惊诧地问。
小胡子叔叔说:“真是吹牛不用交税呀!”
“本来吹牛就不用交税。那后来您推动地球了吗?”
小胡子叔叔解释说:“小子,刚才你还说我笨,我看你也够笨的。不用问,都知道肯定没推动嘛,推动地球仪还差不多可以实现。因为根本就找不到这个支点。”
“如果有这个支点,那能成功吗?”
小胡子叔叔:“你这孩子,怎么总喜欢打破沙锅问到底呀。不过还真有科学家计算过这个问题。”
“是吗?看来科学家和我想的也一样嘛,最后科学家计算的结果是多少?”我为我的想法感到高兴。
“据科学家计算,如果真有相应的条件,阿基米德爷爷使用的杠杆必须要有144596公里长才行!当然这在目前是做不到的。”小胡子叔叔得意地解释,只要在我不知道他所说的知识的情况下,他那撮小胡子就会向一边高高翘起。
阿基米德爷爷:“呵呵,的确如此,找不到这个支点。但这个话一传十,十传百,结果就传到国王的耳朵里了,国王就把我叫了过去,想问个究竟。”
国王说:“阿基米德,我对宙斯(宙斯是希腊神话中的众神之王)起誓,你说的事真是稀奇古怪。到哪里去找一个支点,把地球举起来呢?”
“不,不,您误会了,陛下,我能够给您举出别的例子。”
国王说:“你太吹牛了!今天暂且不论你能不能推动地球,你先替我推动一个东西,我倒要看看你讲的话怎样。”
“阿基米德爷爷,国王让您推动什么东西?”
“一条很大的船。”阿基米德爷爷回答说。
“是一条什么样的船?”
“因为叙拉古城靠近大海,城民们都很会造船。有一次,为国王建造的巨大的船完工了。但是,因为船身太大,工匠们竟没有法子把它弄下水去。许多人使劲拉着、推着,可是船身就像被钉在岸上一样,一动也不动。”
“那您一个人推动了吗?您成功了吗?”我太想知道结果了,迫不急待地问。
“我来到海边,绕着船身走了几圈,就叫工匠在船的前后左右安装了一套神秘东西。我叫100多人在大船前面,抓住绳索。然后,把国王请到岸边,让国王站在船后,国王轻轻牵动一根绳子。大船就动了,慢慢地滑到海中。”
“国王十分高兴,于是他向全城的人大声宣布:‘从现在起,我要求大家,无论阿基米德说什么,都要相信他!’”
“什么神秘的东西?”
“呵呵,一套设计精巧的滑轮系统。这就是为什么国王如此佩服和信任我的原因。”
我百思不得其解地问道:“为什么安装几个滑轮就能推动如此大的船呢?”
“因为我设计的这套滑轮系统,利用了‘重量比等于距离反比’的杠杆原理,利用这套系统只要施加很小的力就能把很重的物体拉动。”阿基米德爷爷回答道。
“噢,原来如此,那什么是杠杆原理呢?”
小胡子叔叔说:“不知道杠杆原理,那你应该见过杠杆吧。没吃过猪肉,难道还没见过猪走路吗。”
小胡子继续补充说:“人们从远古时代起就会使用杠杆,并且懂得巧妙地运用杠杆了,在埃及造金字塔的时候,奴隶们就利用杠杆把沉重的石块往上撬,造船工人用杠杆在船上架设桅杆,人们用汲水手柄从井里取水等等。这些都是杠杆原理的体现。”
“但是,杠杆为什么能做到这一点呢?是不是这个杠杆和孙悟空的金箍棒一样有魔力?”
阿基米德爷爷:“不不,杠杆是一个很普通的东西。在我发现杠杆原理之前,还没有人能够解释的。当时,有的哲学家在谈到这个问题的时候,一口咬定说,这是‘魔性’。我却不承认是什么‘魔性’。自然界里的种种现象,总有自然的原因来解释。杠杆作用也有它自然的原因。”
“阿基米德爷爷,您是如何发现杠杆的这种特性的呢?”
阿基米德爷爷回答说:“刚回到祖国时,我就走上田间地头,去观察劳动人民的生产生活。看到田间农夫凿井汲水,用以灌溉农田,农夫的操作实在是太劳累了。他们从井台将吊桶放进深深的井里,然后用绳子艰难地一段段提起。以后技术有了改进,农夫们在井台边竖立一根立杆,这立杆上部安一根横杆,它的一端悬挂吊桶,人在另一端用不大的力就可将吊桶吊起,当时我就想这是什么原因呢?”
“还有当一个巨大的石块,两三个人都搬不动时,用一根坚硬的木棒,塞到石块底下,一个人用肩使劲一杠,就能将石块挪动,这又是为什么呢?”
“后来我经过反复地观察、实验和计算,我得出了物体有‘重心’的结论。由此出发,我对杠杆的平衡条件进行了数学的证明,从多年来的生产工具的许多实际应用中,我总结出了‘力臂和力(重量)成反比例’的结论。换句话说,就是:小重量是大重量的多少分之一重,长力臂就应当是短力臂的多少倍长。”
小胡子叔叔说:“这就是赫赫有名的杠杆定律。”
阿基米德发现的关于杠杆的这个定理后来被叫做“阿基米德定理”,它被更通俗的表示为:动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积。我们通俗地将使杠杆运动的力叫动力,阻碍杠杆运动的力(通常所说的重物)叫阻力。杠杆的固定点叫支点。从支点到动力的作用线的垂直距离叫动力臂;从支点到阻力的作用线的垂直距离叫阻力臂。于是,利用这个原理要想将一定的重物(即阻力)移动时,只要使动力臂大于阻力臂时,就可以了。
阿基米德在自己所写的《论平面图形的平衡》这部著作中,将杠杆原理总结如下:
1、重量相等的物体,加在离支点距离相等的杠杆上,杠杆是平衡的。
2、重量不相等的物体,加在离支点距离相等的杠杆上,杠杆就向物体重的一端倾斜。
3、重量相等的物体,加上离支点距离不相等的杠杆上,杠杆就向离支点远的一端倾斜。
4、如果一个重物的重心与一组重物的重心重合,那么这一组重物可用等量的一个重物来代替;相反,如果这一组重物的重心与一个重物的重心重合,那么这一个重物可用一组等重量的重物代替。
5、面积不相等,但有相似形状的几何图形的重心,在它相似图形相应的位置上。
阿基米德确立了杠杆原理后,就推断,只要能够取得适当的杠杆长度,任何重量都可以用很小的力量举起来。所以他才说出这样的豪言壮语:“给我一个支点、我就能推动地球!
我们日常生活中使用的杆秤、滑轮、跷跷板、天平,都是杠杆原理的最好体现。