兩千多年以前,在古希臘著名的城堡敘拉古斯,曾經發生了一件轟動全城的趣聞。
一天清晨,一個全身赤裸的男子,渾身濕淋淋的,光著腳奔跑在熱鬧的敘拉古斯大街上,他邊跑邊欣喜若狂地高喊著:“攸勒加!攸勒加(意思是‘我知道了’)!”街上的行人驚訝地望著這個在他們眼前跑過的男子,小孩子們的嬉笑聲和姑娘們的尖叫聲不絕於耳,大家都以為他是一個瘋子呢。
這個男人,就是世界上赫赫有名的古希臘傑出的科學家——阿基米德。
可是,這位令人尊敬的科學家為何會做出如此“驚人之舉”呢?
原來,敘拉古斯國王曾吩咐工匠製作一頂純金的王冠。這頂王冠製成後工藝精湛,美妙絕倫,但國王的心裏還是有一塊石頭難以落下——這是百分之百純金的嗎?國王懷疑工匠在王冠中摻了銀子,但這頂王冠重量與所給的黃金相等,從外表上似乎也看不出有什麼破綻。於是,國王把這個難題交給了大科學家阿基米德,要求他在不損壞王冠的前提下查明真相。
阿基米德接受任務之後,試過他能想到的種種方法,可卻無一例外地失敗了。該怎麼辦呢?他苦苦地思索著,吃不香,睡不安,眼看日子一天天過去,他真要急瘋了。一連好幾天都顧不得洗澡的阿基米德,這天被妻子逼著去澡堂洗澡。澡盆裏放滿了水,他跳了進去,隻見水溢出了盆外。這時,他感到身子入水越深,溢出的水越多,身子也感到越輕,直到他整個身子浸入水中,水才不再溢出來。這時,靈感的火花照亮了他的思維,他終於想出了一個好辦法。可完全進入科學殿堂中的阿基米德卻完全忘記了自己正在洗澡,這才發生了他裸體在大街上奔跑的一幕。
回到家後,阿基米德把那頂王冠和重量相等的金子分別放到大小一樣、水量多少也一樣的罐子中去,結果發現王冠排出的水多,金子排出的水少。於是他斷定王冠中摻了銀子。經過一番反複的試驗,他終於用精確的方法,計算出王冠摻進了多少銀子。當他宣布他的發現時,金匠頓時目瞪口呆,隻好從實供認了自己的罪行。
事實上,這次試驗的意義遠遠大於查出金匠欺騙國王的意義。阿基米德從中發現了人類科學史上的一個重大的原理:即物體在液體中減輕的重量,等於它所排出液體的重量。重量相等的兩種不同質量的物體,由於它們的質地不同(密度不同),它們的體積也是不相同的,它們排開水的體積也一定是不相同的。
後人以阿基米德的名字為這條原理命名。一直到現代,人們還在利用這個原理測定船舶載重量等。譬如,我們現在使用的潛水艇就是利用“阿基米德定律”的原理製成和使用的。潛水艇中設置了專門的儲水櫃,朝儲水櫃裏吸水,就使潛水艇的重量增加,在潛水艇體積不變的情況下,增加潛水艇的重量,潛水艇就會下沉。排出儲水櫃中的水,潛水艇的重量減輕,潛水艇就上浮。利用“阿基米德定律”的原理,潛水艇可以自由控製沉浮,而且能控製潛水艇所要停止的深度。“阿基米德定律”同樣可以用在氣體上,現代航空工業中使用的氫氦氣球和飛艇,就是利用氫氣和氦氣比重輕所產生的巨大浮力而升上天空的。阿基米德在鑒定王冠時所使用的盛水的錫罐,後人把它命名為“攸勒加”,一直被人們用來作為確定比水重的固體物質密度的儀器,人們以這種形式來紀念這位為人類建立了不朽功勳的大科學家。從此,“攸勒加”被作為一句代表靈感和汗水的名言,被人們世世代代傳頌著。
事實上,如此醉心於科學研究的阿基米德,與他所處的時代和自身的勤奮努力是分不開的。他出身於敘拉古斯城的一個貴族家庭,父親是當時頗有名望的天文學家和數學家,學識淵博,為人謙遜。在這樣良好的家庭環境下,阿基米德從小就養成了熱愛學習、善於思考、喜歡辯論的好習慣。少年時期他就來到埃及的亞曆山大求學。當時,亞曆山大是托勒密王朝的首都。在亞曆山大,建有世界上最大的圖書館,藏書多達50萬卷。這裏的學術氣氛濃厚,許多希臘的年輕人來此深造。阿基米德在這裏學習了哲學、數學、天文學、物理學等科學知識,掌握了豐富的希臘文化遺產。後來,他返回了敘拉古斯,專心致誌地從事科學研究。
那時候,人們經常可以看見一個年輕人走上田間地頭,耐心地觀察勞動人民的生產生活,這個人就是阿基米德。他看到田間農夫鑿井汲水,用以灌溉農田。他們會在井台邊豎立一根立杆,在立杆上部安一根橫杆,它的一端懸掛吊桶,人在另一端用不大的力就可將吊桶吊起,而這遠比從井台裏直接將吊桶提起來容易得多。這是什麼原因呢?還有,當一個巨大的石塊,兩三個人都搬不動時,用一根堅硬的木棒,塞到石塊底下,一個人用肩使勁向上杠,就能將石塊挪動,這又是為什麼呢?阿基米德苦苦地思索著,甚至忘了吃飯。經過刻苦的探索和努力,又經過多次試驗,阿基米德得出物體有“重心”的結論。由此出發,他對杠杆的平衡條件進行了科學的證明。從多年來的杠杆原理為基礎的生產工具的許多實際應用中,總結出科學、全麵、係統的定律,這就是杠杆定律。在這部名為《論平麵圖形的平衡》著作中,阿基米德將杠杆原理總結成如下定理: