杠桿原理的發(fā)現(xiàn)

提要：阿基米德有一句流傳千古的名言：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球！”而這句話又有著怎樣的科學(xué)根據(jù)呢

且說(shuō)阿基米德將自己鎖在海邊的一間石頭小屋里，正夜以繼日地寫作《浮體論》。這天突然闖進(jìn)一個(gè)人來(lái)，一進(jìn)門就忙不迭地喊道：“哎呀呀！你老先生原來(lái)躲在這里。此刻國(guó)王正撒開人馬，在全城四處找你呢?！卑⒒椎抡J(rèn)得他是朝內(nèi)大臣，心想，外面一定出了大事。他立即收起羊皮書稿，伸手抓過(guò)一頂圓殼小帽，飛身跳上停在門口的一輛四輪馬車，隨這個(gè)大臣直奔王宮。

當(dāng)他們來(lái)到殿前階下時(shí)，就看見各種馬車停了一片，衛(wèi)兵們銀槍鐵盔，森列兩行。殿內(nèi)文武滿座，鴉雀無(wú)聲。國(guó)王正焦急地在地毯上來(lái)回踱著步子。由于殿內(nèi)陰暗，天還不黑就燃起了高高的燭臺(tái)。燈下長(zhǎng)條幾案上攤著海防圖、陸防圖。阿基米德看著這一切，就知道他最擔(dān)心的戰(zhàn)爭(zhēng)終于爆發(fā)了。

撬動(dòng)地球之說(shuō)

原來(lái)這地中海沿岸在古希臘衰落之后，先是馬其頓王朝的興起，馬其頓王朝衰落，又是羅馬王朝興起。羅馬人統(tǒng)一了意大利本土后向西擴(kuò)張，遇到了另一強(qiáng)國(guó)迦太基。公元前264年到221年兩國(guó)打了二十三年仗，這是歷史上有名的“第一次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”，羅馬人獲勝。公元前218年開始又打了四年，這是“第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”，這次迦太基起用了一個(gè)奴隸出身的軍事家漢尼拔，一舉擒獲羅馬人五萬(wàn)余眾。地中海沿岸的兩霸就這樣長(zhǎng)年?duì)帒?zhàn)，互有勝負(fù)。阿基米德的祖國(guó)敘拉古，是個(gè)夾在迦、羅兩霸中的城邦小國(guó)，在這種長(zhǎng)期的風(fēng)云變幻中，常常隨著人家的勝負(fù)而棄弱附強(qiáng)，游移飄忽。阿基米德對(duì)這種眼色外交很不放心，曾多次告誡國(guó)王，不要惹禍?？墒乾F(xiàn)在的國(guó)王已不是那個(gè)阿基米德的好友艾希羅。他年少無(wú)知，卻又剛愎自用。當(dāng)“第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”爆發(fā)后，公元前216年眼看迦太基人將要打敗羅馬人，國(guó)王很快就和羅馬人決裂，與迦太基人結(jié)成了同盟，羅馬人對(duì)此舉非常惱火?，F(xiàn)在羅馬人又打了勝仗，就大興問(wèn)罪之師，從海陸兩路向這個(gè)城邦小國(guó)壓了過(guò)來(lái)，國(guó)王嚇得沒了主意。這時(shí)他看到阿基米德從外面進(jìn)來(lái)，迎上前去，恨不得立即向他下跪，忙說(shuō)：“啊，親愛的阿基米德，你是最聰明的人。聽先王在世時(shí)說(shuō)過(guò)，你都能撬動(dòng)地球。”

關(guān)于阿基米德撬動(dòng)地球之說(shuō)，這還是他在亞里山大里亞留學(xué)時(shí)侯的事。當(dāng)時(shí)他從埃及農(nóng)民提水用的“沙杜佛”（吊桿）和奴隸們撬石頭用的撬棍，發(fā)現(xiàn)了可以借助一種杠桿來(lái)達(dá)到省力的目的，而且發(fā)現(xiàn)，手握至支點(diǎn)的這一段越長(zhǎng)，就越省力氣。由此他提出了這樣一個(gè)定理：力臂和力（重量）的關(guān)系成反比例。這就是杠桿原理。用我們現(xiàn)在的表達(dá)方式就是：重量×重臂=力×力臂。為此，他會(huì)給當(dāng)時(shí)的國(guó)王艾希羅寫信說(shuō)：“我不費(fèi)吹灰之力，就可以隨便牽動(dòng)任何重的東西。只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給我一根足夠長(zhǎng)的杠桿，我也可以撬動(dòng)地球?！笨涩F(xiàn)在這個(gè)小國(guó)王并不懂得什么叫科學(xué)，他只知道在這大難臨頭之際，趕快借助阿基米德的神力救他一駕。

終極武器拋石機(jī)

可是這羅馬軍隊(duì)著實(shí)厲害。他們作戰(zhàn)時(shí)列成方隊(duì)，前面和兩側(cè)的士兵將盾牌護(hù)著身子，中間的將盾牌舉在頭上，戰(zhàn)鼓一響，這一個(gè)個(gè)方隊(duì)就如同現(xiàn)代化的坦克一樣，向敵陣步步推進(jìn)，任你亂箭射來(lái)也只不過(guò)是把那盾牌敲出無(wú)數(shù)的響聲而已。羅馬軍隊(duì)還有特別嚴(yán)的軍紀(jì)，發(fā)現(xiàn)臨陣逃脫立即處死，士卒立功晉級(jí)，統(tǒng)帥獲勝返回羅馬時(shí)要舉行隆重的凱旋式。這支軍隊(duì)稱霸地中海，所向無(wú)敵，一個(gè)小小的敘拉古哪放在眼里。況且舊仇新恨，早想來(lái)一次清算。

這時(shí)由羅馬執(zhí)政官馬賽拉斯統(tǒng)帥的四個(gè)陸軍軍團(tuán)已經(jīng)推進(jìn)到敘拉古城的西北。現(xiàn)在城外已是鼓聲齊鳴，喊殺聲連天了。在這危急的關(guān)頭，阿基米德雖然對(duì)因國(guó)王目光短淺造成的這場(chǎng)禍害很是不快，但木已成舟，國(guó)家為重，他掃了一眼沉悶的大殿，捻著銀白的胡須說(shuō)：“要是靠軍事實(shí)力，我們決不是羅馬人的對(duì)手?，F(xiàn)在要能造出一種新式武器來(lái)，或許還可守住城池，以待援兵。”國(guó)王一聽這話，立即轉(zhuǎn)憂為喜說(shuō)：“先王在世時(shí)早就說(shuō)過(guò)，凡是你說(shuō)的，大家都要相信。這場(chǎng)守衛(wèi)戰(zhàn)就由你全權(quán)指揮吧?！?/p>

兩天之后，天剛破曉，羅馬統(tǒng)帥馬安拉斯指揮著他那嚴(yán)整的方陣向護(hù)城河逼來(lái)。今天方陣兩邊還準(zhǔn)備了鐵甲騎兵，方陣內(nèi)強(qiáng)壯的士兵肩扛著云梯。馬賽拉斯在出發(fā)前宣布：“攻破敘拉古，到城里吃午飯去?！痹诤皻⒙曋?，方陣慢慢向前蠕動(dòng)。按常規(guī)：城上早該放箭了?？稍趺唇裉斐菈ι蠀s是靜悄悄地不見一人？也許幾天來(lái)的惡戰(zhàn)使敘拉古人已筋疲力盡了吧。羅馬人正在疑惑間，城里隱約傳來(lái)吱吱呀呀的響聲，接著城頭上就飛出大大小小的石塊，開始時(shí)如碗如拳，以后越來(lái)越大，簡(jiǎn)直如鍋如盆，火山噴發(fā)般地翻將下來(lái)。石頭落在方陣?yán)?，士兵們忙舉盾來(lái)護(hù)，哪知石重速急，一下連盾帶人都搗成一團(tuán)肉泥。羅馬人漸漸支持不住了，連滾帶爬地逃命。這時(shí)敘拉古的城頭又射出了飛蝗般的利箭，羅馬人的背后無(wú)盾牌和鐵甲，那利箭直穿背股，哭天喊地，好不凄慘。

正是：

你有萬(wàn)馬和千軍，我有天機(jī)握手中。不怕飛瀑半天來(lái)，收入潭底靜無(wú)聲。

阿基米德到底造出了什么武器使羅馬人大敗而歸呢？原來(lái)他制造了一些特大的弩弓——拋石機(jī)。這么大的弓，人是根本拉不動(dòng)的，他用上了杠桿原理。只要將弩上轉(zhuǎn)軸的搖柄用力板動(dòng)，那與搖柄相連的牛筋又拉緊許多根牛筋組成的粗弓弦，拉到最緊處，再猛地一放，弓弦就能帶動(dòng)載石裝置，把石頭高高地拋出城外，落到一千多米遠(yuǎn)的地方。原來(lái)這杠桿原理并不只是簡(jiǎn)單使用一根直棍撬東西。比如水井上的轆轤吧，它的支點(diǎn)是轆轤的軸心，重臂是轆轤的半徑，它的力臂是搖柄，搖柄一定要比轆轤的半徑長(zhǎng)，打起水來(lái)就很省力。阿基米德的拋石機(jī)也是用的這個(gè)原理。他真是把杠桿原理用活了。