對力的認識與運用(1 / 2)

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,兒有個一法,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,好像心裏在說: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。其實在浩瀚的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”字像一把尖狀起土農具來。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概念,它的意義是極其深刻的。

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,車還能繼續住前一小段路。

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地早。

《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。因為當自身成為一個係統時,他對自己的作用力屬於內力。係統本身的內力對本係統的作用效果等於零。

在我國關於浮力原理的最早記述見於《墨經·經下》,大意說:形體大的物體,在水中沉下的部分很淺,這是平衡的緣故。這一物體侵入水中的部分,即使浸入很淺,也是和這一物體平衡的。表明墨家已懂得這種關係。他們是阿基米德之前約200年表達這一原理的。

浮力原理在我國古代得到廣泛應用,史書上也留下了許多生動的故事。

據記載,戰國時燕國國君燕昭王有一頭大豬,他命人用杆秤稱它的重量。結果,折斷10把杆秤,豬的重量還沒有稱出來。他又命水官用浮舟量,才知道豬的重量。

除了用舟稱物之外,用舟起重是我國人的發明。這方麵的例子也有很多。

對於液體的表麵張力現象古人也有認識。表麵張力是發生在液體麵上的各部分互相作用的力,它是液體所具有的性質之一。表麵薄膜、肥皂泡、球形液滴等都是由於表麵張力而形成的。