本章要义
力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力情况下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的物理学分支。
力学是物理学、天文学以及许多工程学的基础。机械、建筑结构、航天器和船舰等的设计都必须以经典力学为基本依据。力学知识最早起源于对自然现象的观察和生产劳动中的经验。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。
力学不仅是一门基础科学，同时也是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础，又在广泛的应用过程中不断得到发展。
力学可大致划分为静力学、运动学和动力学三部分。静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动；动力学讨论物体运动和所受力的关系。
真是上帝在垂青我们吗
你们知道死海吗？那是西亚一个非常有名的地方。
那个时候国家与国家之间经常发生战争。战争失败后被抓住的俘虏，身体强壮的就留下做奴隶，身体差的就全部处死。
在一次战争之后，战胜国抓了许多的俘虏，这时一位将军就命令把决定处死的俘虏全部扔到死海里淹死。那些俘虏被扔进死海后，让人吃惊的事情发生了，那些人总是浮在海面上，就是不沉入海里。这位将军很生气地命令，把他们都绑上大石头，然后再往海里扔。但是结果令所有的人都没有想到，那些俘虏仍然浮在海面上，没有被淹死。
那位将军认为是上帝不让俘虏死，心想如果坚持处死俘虏的话，上帝会惩罚自己，所以就决定放了他们。
事情过去很多年以后，人们才知道，那根本就不是上帝的“旨意”，而是因为死海里的盐分含量相当大，所以死海的密度很大，浮力也就大得惊人。人被扔进去后，总是浮在海面上，不会沉入海里，即使绑上石头也不会沉下去，所以也就不会被淹死了。
“科学大揭秘”
为什么木头能够浮在水面，而铁块不行呢？那是因为木头的密度比水的密度小，铁块的密度比水的密度大的缘故。
“知识小博士”
死海是一个叫海的湖。死海位于亚洲的西部，湖面比海平面低三百九十二米，是世界上最低的湖泊。死海的含盐量高达百分之二十三至百分之二十五，由于湖水的含盐量高，湖水的比重已经超过了人身体的比重，故跳进湖里的人会浮在水面上，不会游泳的人在死海里也不会被淹死。既然人都淹不死，为什么还叫它死海呢？这是因为湖水太咸，不但湖里没有鱼虾，连湖边也不长草，鸟更不会飞到这里来，整个湖区死气沉沉，没有一点生气，所以得了个死海的名字。
有人曾计算过，死海里的盐够四十亿人吃两千年。
刀砍不伤的秘诀
一个小城镇里来了一个杂技团，每天都表演一些惊人的动作。小明与小寒听说之后，就立即去看，刚进去，就见一个人用硬气功表演“刀砍不伤”的节目。表演开始，气功师举起刀来，就地取材，在案板上剁断五根木筷，让被砍断的木筷飞溅一地；然后，气功师又猛然跃起，操刀砍下两根指头粗细的树枝，剁木筷、砍树枝，让观众的心紧缩，相信这把刀是锋利无比的真刀。接下来，气功师玩“真”的了。把上身的衣服脱光，露出一身强壮的肌肉，这是常年锻炼的结果。这些表演者都表现出一股强悍的男人气，使右手持刀，运气于左胸，胸大肌高高凸起绷紧。气功师挥起大刀，死命地朝左胸砍去，人们只听见“嗵嗵嗵”直响，可是气功师的胸上除了有点红印儿外，连一点伤痕也不见。等气功师表演完了，小明和小寒上前察看，更是惊讶不已。
令他们疑惑的是，大刀锋利到能砍断一捆竹筷，劈下一根树枝，为什么不会伤了皮肉？
带着这样的疑问，他们找到自己的物理老师问了个究竟。听完老师的解说之后，他们才明白，原来大刀的刀尖处是锋利的，而其他部分则是钝的。挥刀砍下，接触气功师身体的那部分是钝的，面积增大，压强减小。再加上挥刀时有技巧，看似重砍，实为轻打。
“知识小博士”
压强：P=F/S
“科学大揭秘”
缝衣服的时候不小心，用针扎破了手指，你所受到的压强一点也不比某些高压锅炉里蒸汽的压强小；手轻轻拉动刮胡子的刀片，施加在胡子上的压强会达到每平方厘米几千牛顿。
压力和压强看上去类似，实际上相去甚远。压强是单位面积上的压力，针尖的面积是钉子尖面积的几百分之一，所以，能用针缝衣服，不能用钉子来缝衣服。
没有摔死的奇迹
如果说一个飞行员从几千米高的飞机上无伞跳下竟没有摔死，你会相信吗？然而，这的确是一个真实的故事。
第二次世界大战中，一架袭击德国汉堡的英国轰炸机被击中起火。坐在飞机后座的机枪手一时拿不到放在机舱前面的降落伞，但又不想活活被烧死，于是他果断地无伞跳出了机舱。他刚刚离开，飞机就爆炸了。这时飞机的高度是5500米。一分半钟以后，他就像一列高速急驶的列车，以每小时200公里的速度飞快地向地面落去。
当他从昏迷中醒来的时候，发现自己并没有摔死，只是皮肤被划破，有多处地方被挫伤。闻讯赶来的德国人也感到惊叹不已，他们对所有的数据进行了精确的测量，这都是一个奇迹。
后来，人们经过分析才发现，机枪手下落时幸运地掉在了松树丛林里，而离他不远就是开阔的平原。他先在松树丛上砸了一下，然后掉在积雪很深的雪地上，把松软的积雪砸了一个一米多深的坑。这样一来，机枪手和地面碰撞的时间被延缓了上千倍，冲力也大为减少，只有千分之几。当然也还有一个原因，他受到空气阻力的保护，如果没有空气阻力，从5500米高的地方落下，落地时的速度要达到每小时180公里左右，而空气的阻力使他的落地速度大大减小，这也是产生奇迹的原因。
“科学大揭秘”
一只瓷碗从桌面上掉在水泥地面上，肯定摔得粉碎；但是落在木板地上，却常常可以幸免；如果落在沙土地上，就肯定摔不坏。
因为从一定高度落下的瓷碗下落到地面时动量是一定的，让它停下来所需要的冲量也是一定的。记住，冲量是力和时间的乘积。瓷碗跟不同的地面相碰的时候，冲击时间大不相同：和硬的水泥地面碰撞时间只有千分之几秒，而和沙土相碰时，时间可以延长到十分之几秒，这就是说冲击时间延长了上百倍，冲击力也就减少到只有百分之一或百分之几，这就是瓷碗在沙土地上没有被摔坏的原因。
“知识小博士”
汽车受到的空气阻力Fw是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：Fw=1/16·A·Cw·v2（kg）。
其中：v为行车速度，单位：m/s；A为汽车横截面面积，单位：m2；Cw为风阻系数。
空气阻力跟速度成平方正比关系，也就是说：速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍。因此高速行车对空气阻力的影响非常明显，车速高，发动机就要将相当一部分的动力，或者说燃油能量用于克服空气阻力。换句话讲，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。空气阻力的大小除了取决于车的速度外，还跟汽车的横截面积A和风阻系数Cw有关。
测量速度的故事
我们坐火车的时候，当一列鸣着笛的火车和你乘坐的火车相遇急驰而过时，你听到的笛声是有变化的。你特别注意过吗？其实，这种变化的界限是非常明显的。当车朝你驶来时，笛声的音调很高，汽笛离你而去时，音调立即降低。车的速度越快，音调的变化越明显。这种变化的发现应该感谢奥地利科学家多普勒。
在1842年，多普勒曾邀请音乐家在车站听火车的笛声变化。由于音乐家训练有素，他们甚至能确定1赫兹声音频率的变化，这在当时无精确测量仪器的情况下，对科学家是非常有意义的。后来人们为了纪念他，把这种现象叫多普勒效应。
然而，人们会带着疑问问道：为什么会产生多普勒效应呢？
音调变高，就是声音的频率加快。按说，声音的频率是由声源决定的，声源振动越快，频率越高。其实，我们听到的音调的高低主要取决于每秒进入我们耳朵的声波数。
多普勒用一个行进的队伍来代表一列声波，两个人间的距离是一个波长。当你站着不动，队伍从你的身边经过，每过去一个人，相当于一个声波进入你的耳朵里。如果你迎着队伍行走，在相同的时间里通过的人数增加；反过来你和队伍同向行进，这时通过你身边的人数变少。所以在火车迎着你开来时，相当于声波被压缩了，频率变高；背离时声波被拉长了，频率变低。
当你看到这里之后，应该明白多普勒效应了，在现代社会中，多普勒效应运用十分广泛，它用来测量运动物体的速度：警察用雷达波的多普勒效应测量高速行驶的汽车是否超速行驶，成为超速行车的克星。水文学家用它测量河流的流速，在医院里则可以测量血液在血管里的流速，从而对疾病进行诊断。天文学家利用遥远星体射来的光波频率的微小变化，可以推知星体是向着地球运动还是背离地球运动，并且能知道星体运动的速度，从而验证宇宙大爆炸假说。
“科学大揭秘”
蝙蝠能在黑暗的夜空中捕食飞虫，是依靠超声波的回声定位原理。但是蝙蝠在空中飞，飞虫也在飞，从蝙蝠发声到接到回声只是一眨眼的工夫。在这么短的时间内，蝙蝠不仅知道了飞虫所在的方位，还能知道它的飞行速度和方向，所以才能准确无误地抓住飞虫。
“知识小博士”
多普勒（Franz Doppler，1821～1883），奥地利作曲家、长笛演奏家。1821年10月16日生于伦贝格，1883年7月27日卒于巴登。祖籍波兰。他写有歌剧7部，芭蕾15部，还有长笛协奏曲及其他管弦乐作品。他的作品素材主要取自匈牙利民间音乐，并曾将F*9郾李斯特的钢琴曲《匈牙利狂想曲》若干首改编为管弦乐曲。
离心力让人造卫星不掉下来
北京市某小学组织同学们参观天文馆，孩子们都兴致勃勃。解说员领着同学们来到人造卫星的面前，提出了一个问题：“同学们，你们知道我们无论向上抛什么物体，总会落回地面，这是因为地球引力的作用。地球上的任何物体都逃脱不了地球引力的束缚。那么，人造卫星是怎么飞出地球，逃脱地球引力束缚的呢？”
一时间，同学们议论纷纷，都找不到最合适的答案。正在同学们眉头紧锁时，解说员说：“其实，这可以从月球得到启发。你们知道，月球和地球之间也有万有引力，为什么月球掉不下来呢？原因在于月球不断地绕地球旋转，在月球旋转的时候，它产生了离心力，这股离心力足以抗衡地球引力对它的束缚。所以它高高地悬挂在天上而不会掉下来。
“因此，我们的科学家们要让发射的人造卫星绕地球旋转而不掉下来，就需要使它具有能抗衡引力的离心力。经过我们科学家的计算，离心力的大小与圆周运动速度的平方成正比。据此可以算出，要使物体不落回地面的速度是7.9千米/秒，也就是说，人造卫星如果达到7.9千米/秒的速度，它就会永远绕地球运行。科学家正是通过赋予人造卫星很快的速度，才使它不从天上掉下来。”
听完这些，同学们都受益匪浅。
“知识小博士”
物体要脱离地球的束缚，飞向行星际空间，需要达到11*9郾2千米/秒的速度才能实现。
“科学大揭秘”
离心力公式：
F=m（2π×n÷60）2r
摩擦力老作怪
有一天，周妈妈带着儿子小强来到海边玩，小强出门时一定要带上自己心爱的自行车。
到了海边，小强骑上自己的小自行车，但在沙滩上始终骑不动。这时，妈妈走过来，微笑着对小强说：“会骑自行车的小朋友都知道，自行车在沙滩上是寸步难行的，不管你用多大力气，轮子都是转不起来。下车看一看，你就会发现，自行车轮子的下边陷进了沙子里。车轮转不动，就是这些沙子在捣乱，是沙子用摩擦力拽住了轮子。”
回到家后，妈妈又给小强做了一个有趣的实验，妈妈用一个搪瓷缸、一把筷子和一大碗米来做实验：把筷子放在搪瓷缸里，用大米把筷子压实，你向上提筷子，筷子没拿出来，倒把整个缸子提起来了。这也是摩擦力在作怪。
妈妈接着说：“自行车陷进了沙滩，就像筷子插在压实的大米里一样，在车轮和沙子之间会产生很大的摩擦力，正是这个摩擦力拽住了车轮子。”
看完实验之后，小强从此不再倔强地骑自行车去海滩上玩了。
“科学大揭秘”
如果没有摩擦力，人们的生活又会发生什么样的变化呢？
首先，也是最基本的，我们无法行动。脚与地面间没有了摩擦，人们简直寸步难行。自行车车轮与地面间光滑，怎么才能开动呢？汽车还没发动就打滑，要么就是车子开起来了就停不下来，没有阻碍它运动的力，就只能无限滑下去，最后与其他车相撞造成一起又一起的交通事故。飞机无论是活塞发动机还是涡轮喷气发动机都无法启动。
“知识小博士”
最大静摩擦力可视为滑动摩擦力，公式为f=μFn（Fn为正压力）。
柯南道尔的解谜之道
《福尔摩斯探案集》在世界上是一本非常具有影响力的小说，这本书的作者是柯南道尔。
有一次，柯南道尔在英国北部旅行的时候，一位男爵夫人找到他，希望帮助她解开一个五年未解的谜。
“五年前，我的丈夫去世了。他生前爱好高尔夫球，曾嘱咐要给他造一个像高尔夫球那样的墓，我照着做了。墓地是一块很大的长方形的石面，石面上凿有一个浅浅的坑，坑里放着一个直径80厘米的大理石球。墓是朝南的，在球上朝南的一面雕刻了一个十字架。墓地四周有高高的铁栅栏，平时无人进入。”男爵夫人说。
“夫人，发生了什么事呢？”柯南道尔问。
“自从我的丈夫去世之后，每年冬天我都去法国南部，那里的冬天比较暖和，这样我心情也会舒服些。但我每年春天回来给丈夫扫墓时，都会发现大理石球的南面向下转了一点，你看看，现在的十字架都有一部分被压到了下面。这个现象只发生在冬季，其他季节没有。到底是谁滚动了大理石球呢？难道说是我丈夫的灵魂要出来，想与我一起去法国南部温暖的地方过冬吗？”
于是，柯南道尔跟随男爵夫人到墓地去查看。那石面上的浅坑里存着一些水，周围长满苔藓。大理石球，他估计大概有5吨重，如果有人撬动它，也不是件很容易的事，是什么目的让别人去撬动它？真是她丈夫灵魂的力量吗？作为侦探小说家，他更倾向于科学的解释。
这时，柯南道尔的目光又落在浅坑的积水上，忽然他找到了解谜的“钥匙”。他说：“夫人，那不是灵魂的力量，而是冰和水的原因。在这里，冬天的夜晚温度常在0℃以下，浅坑里的积水总要结冰，而冰的体积要比原来水的体积大1/10还多。到了白天，由于阳光照射，球南面的冰会融解成水，而球北面受不到阳光照射，冰仍旧不变。这时，球两边受力不再平衡，南边没有冰的支持，它就比较容易向南滚动。到了夜晚，如果再积水再结冰，结冰时膨胀的力量更容易使球向南滚动。一冬积累起来，球就转动得比较明显了。”
男爵夫人的谜被解开了。
“科学大揭秘”
在力学系统里，平衡是指惯性参照系内，物体受到几个力的作用，仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕轴匀速转动的状态，也叫做物体处于平衡状态，简称物体的“平衡”。因稳定的不同，物体的平衡分为稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡三种情况。
“知识小博士”
柯南·道尔（1859～1930）英国杰出的侦探小说家、剧作家。毕业于爱丁堡医科大学，行医10余年，收入仅能维持生活。后专写侦探小说。《血字的研究》几经退稿才发表，以《四签名》闻名于世。1891年弃医从文，遂成侦探小说家。代表作有《波斯米亚丑闻》、《红发会》、《五个橘核》等。1894年决定停止写侦探小说，在《最后一案》中让福尔摩斯在激流中死去。不料广大读者对此愤慨，提出抗议。柯南道尔只得在《空屋》中让福尔摩斯死里逃生，又写出《巴斯克维尔的猎犬》、《归来记》、《恐怖谷》等侦探小说。他塑造的福尔摩斯已成为世界上家喻户晓的人物。
断定秘书偷了金币
曾一度辉煌的拿破仑在经历1815年滑铁卢战役失败后，被流放到大西洋南部的圣赫勒拿岛。看管他的将军是英国人罗埃，对拿破仑的管理十分苛刻，只准一个仆人照料。
一天，快到中午时分，仆人还没回来做午饭，拿破仑气得直跺脚。正在这时，一个英国军官来说：
“阁下，你的仆人偷了长官的十枚金币，他被逮捕了。”
“混蛋！”曾经风光一世的拿破仑怒不可遏，破口大骂，“我的仆人绝不会干那种事！罗埃他连个仆人都不想给我留！”说罢就气冲冲地去找罗埃。他虽是囚犯，但仍留存着昔日统帅的威严。
“你给我讲讲仆人偷金币的过程！”拿破仑吼道。
罗埃在生气中说了事情的经过。原来，那天上午，仆人来找罗埃，要他给拿破仑请医生。当时罗埃正在清查收缴的金币，便叫秘书把仆人领到东边套间等候。罗埃告诉拿破仑：“我将金币放进抽屉里锁上，就去厕所。三分钟不到就回来了，发现钥匙忘在桌子上。收好钥匙，我叫你的仆人过来谈话。他走后，我又把抽屉里的金币清点一遍，发现少了十枚。不是你的仆人偷的，还会有谁呢？”
“在我的仆人身上搜到金币没有？”
“没有，想必是他藏起来了。”
拿破仑仔细看了看这个长官室，它的东西各有一个同样的套间，在通往套间的门上，门闩都在长官室这边，门上都装着相同的毛玻璃。东边的一间，他的仆人刚才呆过；西边的一间，罗埃的秘书正在办公。这两个套间又各自有门通向外边。拿破仑的手触摸到内门上的毛玻璃时，他发现东间的门上，是毛玻璃的粗糙面在长官室一边；而西间的门上，是毛玻璃的光滑面在长官室一边。于是，拿破仑果断地走进西间，以不容辩解的口气朝秘书厉声喝道：
“你把偷的十枚金币交出来！”
那秘书先是一愣，然后狡辩起来。但拿破仑说：“毛玻璃粗糙的一面，是凸凹不平的。当光线射上去以后，就会向四面八方反射回来，这就是漫反射。这样，很少有光线透过玻璃，所以，隔着毛玻璃很难看清对面的东西。如果将水涂到粗糙面上，水就会将凸凹不平的地方填平，使漫反射大大减少，增多透过玻璃的光线，人就能隔着它看到对面的东西了。东间门上的毛玻璃粗糙面在长官室一边，我的仆人绝不可能将水涂到粗糙面上。而秘书在西间则可以办到，所以他可以清清楚楚地看到罗埃把金币放在哪里。就在罗埃上厕所的当儿，他从西间迅速出门，由屋外面进入长官室，拿起桌上的钥匙开了抽屉偷走金币，然后再由屋外回到西间。”这番话让秘书哑口无言，只好交出金币。罗埃只得把拿破仑的仆人放走。
“科学大揭秘”
车前部两侧的反光镜通常是凸镜，它的视野比平面镜更大一些。车内中央的后视镜常是平面镜，车灯的反光罩是凹镜，它能会聚光线。在汽车上有的地方也要防止光的反射，如挡风玻璃做成斜向，从光学角度来说可有效防止外部强光的反射影响驾驶员看清前面的路。
“知识小博士”
拿破仑（1769～1821），法国近代史上著名的军事家和政治家，1769年出生于科西嘉岛阿雅克修城的一个破落贵族家庭。1779年，在法国布里埃纳军校学习军事。毕业后被任命为瓦朗斯炮兵团少尉军官，当时年仅16岁。1804年5月18日，拿破仑黄袍加身，宣告自己为法兰西第一帝国的皇帝，称号为“拿破仑一世”。1814年，他被迫退位，并被放逐到大西洋的圣赫勒拿岛。波旁王朝复辟。1821年5月5日，拿破仑在岛上病逝，终年52岁。
凶犯是从右边道上走的
倪宁非常喜爱骑自行车。有一天，他工作了一个通宵，到清晨才完成任务。他想骑自行车散散心之后再回家休息，就上街了。
突然他发现一个警察躺在路旁，腹部被刺伤，鲜血直流。他连忙停下车，用自己的围巾捂住他的伤口。警察忍着剧痛说：
“十分钟之前……一个青年……突然用刀刺我……抢了我的自行车……向那边逃走了……”说完就闭上了双眼。
这时，天也亮了，恰巧有个上早班的人经过，倪宁招手向他求助，让他照料死者，自己骑车去追凶犯。但走到前面，路分成左右两个岔道，而且都是上坡路。凶犯去哪条道了呢？他下车仔细察看哪条道有自行车压过的痕迹。
刚下过雨，路上有松软的黄沙，车痕清晰可见，两条路上都有。
“这两条都是上坡路，”倪宁镇静地想，“两边的车痕有什么不同之处吗？”
他发现右边路上的车痕，两个轮子所压的深浅差不多，而左边路上的车痕，两轮所压的深浅差别很明显。他忽然明白过来。这时，正好有警察赶到，倪宁告诉他们：
“凶犯是从右边道上走的！”
警察便从右边道上追去，追到了凶犯之后，便找到倪宁问了个究竟。倪宁分析说，平常骑车时，身体的重心离后轮近而离前轮远，所以，人的重力分别压到两个轮子上时，分解给后轮的力大，而分解给前轮的力小，这样，后轮的压痕深，前轮的压痕浅。上坡时，身体要向前倾，重心前移，使前后轮所受的压力相差不多，两轮的压痕也就差不多一样深浅。左边道上的车痕是下坡的痕迹，绝不会是凶犯的车留下的。
“科学大揭秘”
假如重力突然消失。
同学们坐在教室里上物理课，大家的课本、文具都整齐地摆在桌上。突然，笔袋浮了起来，在半空中飘来飘去，同学们都惊异地盯着，连老师也停止了讲课。他正在讲重力的应用。当大家都在关注着笔袋时，这时很多桌椅开始摇晃，讲台桌也在“发抖”。一阵轻轻地晃动声传来，很快，大家的书本、文具全部都飘了起来，桌椅都升了空。紧接着，同学和老师也都飘了起来。平时大家坐在教室里，还没觉得有多挤，但现在已经一团糟，吊扇电灯全浮着，每一秒都能听到有人被撞到以后的呻吟声。
“大家安静一下，安静一下，”物理老师清了清嗓子，“根据我刚才所说的，这就是重力消失后的景象……”他的话还没说完，全班一片混乱，因为大家发现墙也在振动。随着“嘭”的一声巨响，教学主楼在一片惊恐的目光中向上冲……
“知识小博士”
重力的大小跟物体的质量成正比：
G=mg
在静止的情况下，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力也等于物体受到的重力。
伽利略也会断案
大科学家伽利略因主张“日心地动说”而被天主教法庭审判，他的著作也被查封，七十多岁的他也被软禁在家中。
在他被软禁的日子里，有一天接到女儿的一封信，他看过之后拖着病弱的身体去附近一个修道院——女儿就在这里当修女。
“出事的现场在哪里？”老人问。
“在钟楼第四层的阳台上。”女儿一边用手指着一边说。
伽利略预测了一下，阳台高度大约15米，阳台的下边是条大河，对岸在40米以外。
根据女儿在信中的描述，他们是昨天早晨发现索菲尔死在阳台上的，她的右眼被一根细细的针刺过，针丢在尸体旁。那天晚上风很大，而钟楼下面的大门是从里面闩好的，没发现有第二个人在里面。是自杀吗？不可能，索菲尔是个虔诚的教徒，她绝不会违背教规而轻生的。突然他萌生了一个假设，是凶手从河对岸将毒针射过来的。
“她为什么一个人在晚上去钟楼呢？”父亲问女儿。
“听说她对您支持哥白尼（1473～1543）的’日心地动说’（地球是围绕太阳转动的星球）的著作很佩服。她经常偷偷阅读这本书，但又不能被院长发现，那晚她一定是上钟楼去观察星星和月亮了。”
伽利略曾经发明了一种望远镜，用它来观察，能将30米远的物体拉近到1米远，相当于把物体放大将近1000倍。他用来观察星星、月亮和太阳，做出了许多重大的天文发现。
“有人对她恨之入骨吗？”他反问道。
“好像有个同父异母的弟弟，为遗产分配的事特别恨他姐姐。出事的前一天，她弟弟送来一个小包，我不知道是什么。整理遗物时不见了。”
伽利略好像猜到了什么，说：“也许能在阳台下面的河底找到一架望远镜。”
果然不出所料，真的找到了一架望远镜。这是一架经过改装的望远镜。
“望远镜与杀人有什么关系？”女儿仍然一头雾水。父亲讲了他的推测。
伽利略在排除了索菲尔自杀和凶手现场杀人的可能以后，猜想凶手一定用狡猾的方法，让索菲尔在观察星空时，无意中用自己的手向自己射出毒针。他对女儿说：“索菲尔的弟弟事先在望远镜的镜筒里装上毒针。为了看清星星，索菲尔会在右眼贴近镜筒时，转动镜筒。镜筒中有螺纹，螺纹是斜面的一个应用：沿斜面移动较长的路程，镜筒才沿着’斜面的高’向前移动较短的路程，以保证精确地调节镜片之间的距离。就在她转动镜筒时，将连着毒针的压缩弹簧拉断，弹簧发生形变时储存的能量把毒针射出。索菲尔疼痛难忍，望远镜失手落水，她急忙将毒针拔出，但不敢喊救命。等毒性发作，就死去了。”
伽利略丰富的科技知识帮助他破了案。
“知识小博士”
伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。历史上他首先在科学实验的
基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。
胡克定律（弹性定律），是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要的基本定律之一。在现代，仍然是物理学的重要基本理论。胡克定律指出：“在弹性限度内，弹簧的弹力f和弹簧的长度变化量x成正比，即f=-kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力方向与其伸长（或压缩）的方向相反。”为了证实这一事实，胡克曾做了大量实验，包括各种材料所构成的各种形状的弹性体。
阿贝贝的眼力
曾经两次获得奥林匹克马拉松冠军的埃塞俄比亚的阿贝贝，他两次都打破了世界纪录，但后来的一次车祸却改变了他的人生，让他终生都在轮椅上度过。他出席在英国举行的残奥会期间，曾受命去拜访一位世界著名的画家，并且这位画家也是坐在轮椅上的残疾人。
画家住在伦敦郊外的古城堡里，阿贝贝与使馆人员共同前往。画家的秘书出来迎接，并用电话与城堡最高层的四楼联系，那是画家的画室。
画家在电话里客气地说：“请阿贝贝先生用茶，请稍等会儿，我这就乘电梯下来。”
当电梯下到一楼，门自动打开时，他们都惊呆了：画家坐在轮椅上奄奄一息，脖子上刺着一把短剑，剑柄上拴着一根很粗的橡皮筋。他们立即把画家推出来并放置好。
“奇怪，画室里只有画家一个人啊！”秘书说，并告诉阿贝贝和使馆工作人员，除了电梯，楼里还有一个螺旋楼梯。
“我们分别上去看看。”阿贝贝建议。他坐着轮椅进入电梯，画家秘书领使馆人员由螺旋楼梯上去。他们在四楼会合，没发现有什么可疑的地方。
“我去看看电梯上下经过的竖道里有什么异常情况。”秘书悲伤地说，并托使馆人员用电话报警。
秘书打开楼梯的天花板，爬到四楼顶上去了。使馆人员在报警后也跟着上去，却找不到秘书。阿贝贝忽然想起刺在画家脖子上的那把剑，想到上面的橡皮筋，想到电梯顶棚上的通风口，便对使馆人员说：
“那个秘书就是杀人犯！”
这时，警察也迅速赶到，面对阿贝贝肯定的语气，“你为什么判断那个秘书就是杀人犯呢？”使馆人员和警察同时向阿贝贝提出这个问题。
阿贝贝分析说，秘书一直觊觎（jìyú，企图得到不应得的东西）画家的成果，他想利用这次来访之机，借刀杀人，转移警察视线，就预先在楼顶拴上一根又粗又长的橡皮筋，它的下端拴上一把锐利的短剑，通过电梯上面的通风口悬挂在电梯里。画家乘电梯时，因为是坐轮椅，他的位置只能在电梯间的正中，恰好在短剑的下方。当他进入电梯时，一般不会抬头向上看，难以发现头顶上的短剑。当电梯下降时，短剑挡在电梯里，橡皮筋被拉长，短剑受到向上的拉力，压在电梯顶部。当橡皮筋的伸长远远超过它的弹性限度时，就被拉断。这时，悬空的短剑就会下落刺中画家。秘书却假装不知，抽身逃走，这反倒露出马脚。
“科学大揭秘”
一般情况下，凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因发生形变而对物体产生弹力，所以支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体。
“知识小博士”
胡克定律（弹性定律），是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要的基本定律之一。在现代，仍然是物理学的重要基本理论。胡克定律指出：“在弹性限度内，弹簧的弹力F和弹簧的长度变化量X成正比，即F=KX。K是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定。负号表示弹簧所产生的弹力方向与其伸长（或压缩）的方向相反。”为了证实这一事实，胡克曾做了大量实验，包括各种材料所构成的各种形状的弹性体。
惯性让他转危为安
天渐渐黑了，小李开着车奔驰在机场高速公路上，这次是开车去接一位教授。一路上，小李想象着这位客人是什么模样，怎样能找到他。谁知，一走神，汽车朝一堵墙开去，原来是走到了一个丁字路口。怎么办？他非常冷静地处理这种突发的情况，在原来行驶的方向上急刹车以争取停在墙的前面。
经验和直觉让他迅速急刹车。“吱”的一声车停在墙前，好险啊！幸亏周围没人没车，他下来检查一遍，除了因刹车使车轮磨损较大以外，其他的地方都没有损伤。他再次上车，将车倒到公路上，又上路了。他全神贯注地开到机场，顺利地接到了教授。
在回来的路上，又走到丁字路口，他倒吸一口凉气：“刚才好险啊！”教授问明情况后，解释说：
“你很沉着果断。不过，急刹车磨损太大，你还有更好的办法可以采用！”
“什么办法？是不是急转弯？”小李问。
教授说：“不能急转弯。如果不减速而急转弯，势必会碰到墙上。因为，按转弯半径等于刹车所用的距离来考虑，使汽车转弯所需要的力，是向前急刹车所需要的力的两倍（将来利用高中物理的公式可以很容易推出这个结论）。这力哪里来？只有依靠车轮与公路的摩擦力。既然这个摩擦力只能使汽车刚好停在墙前，那么，靠同样大的摩擦力就不可能在碰墙之前转过弯来，必然撞墙。所以不刹车而急转弯是最不安全的办法。为了减少急刹车造成的磨损，可以适当刹车同时转弯。刹车时，能把车轮与地面的滚动摩擦变为滑动摩擦，摩擦力增大了，转弯半径就可以减少。在这种情况下，怎样才能做到适当刹车也不是容易掌握好的。还有，向哪个方向转弯更安全些呢？向右转弯？向左转弯？当然是向左转弯，因为我们都是靠右行驶，向左转弯的半径比较大，相对来说更安全些。总之，如果掌握得恰到好处，那么，适当刹车的同时向左转弯，结果会更好些。”
“科学大揭秘”
在我们坐车时，为什么车向左拐时，我们的身体向右倒呢？其实这也是因为惯性造成的。
“知识小博士”
牛顿第一定律（即惯性定律）是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。物体的这种保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质就叫做惯性。
为什么没有神父的脚印呢
林肯这个名字在美国家喻户晓，他曾两次出任美国的总统，还领导了黑奴解放南北战争。
林肯24岁时在一个乡村邮局当代理局长。那时，他每天的工作就是把信件一一送到收信人的手中。
一天早晨，他给刚来这里不久的一位神父送信，却一直叫不开门。神父自己单独住一间小屋，他心想神父也许出去散步了，于是便去田野间寻找神父。还没走多远，他就远远看见神父倒在地上，背上还插着一支箭。
林肯马上报了警，当警察来到时，一看那支箭，就知道是与这个村有仇的一个土著酋长在实施报复。
但细心的林肯发现，杀人现场既没留下凶手的脚印，也没有被害人的脚印。脚印哪里去了？
警察说：“没有凶手的脚印，这不奇怪。因为凶手是从远处射的箭。可是昨晚下过雨，土是湿的，如果神父走过，一定会留下脚印的。”
“莫非神父是昨晚下雨以前就被害了，雨把脚印冲掉了？”林肯猜测着。
“不，如果是那样，神父的衣裳和身体也应该是湿的。”
“是风吹干了吗？”
“也不是。你看神父伤口凝固的血，并没有被雨水冲洗的痕迹。”
身高1.93米的林肯环顾四周，他看到在3米远的地方有块高2米的板墙。板墙的那边是个破旧的大院，院子里有棵大树，树上还挂着一个秋千。林肯细心地观察，在板墙的附近也没有脚印。
由于警察个子不够高，他看不到院里的情况。林肯把看到的情况说给警察听。
突然，林肯说：“我知道为什么没有神父的脚印了。”
他抱起警察让他看板墙的那边，但是警察仍然大惑不解。林肯解释了一遍，警察连连点头表示信服。后来的事实，证实了林肯的推断。
到底为什么没有神父的脚印呢？
原来，神父早晨散步来到院子里，心里高兴，就荡起秋千。而藏在远处的凶手，正好在神父荡到最低点，就是离地面最近时射中了他。荡秋千的过程，是重力势能与动能互相转化的过程。经过最低点时，势能最小而动能最大，所以此时人的速度最快。神父被箭射中后，失了手，在惯性的作用下，被斜向上抛出，在脱离秋千踏板后，被抛过2米高的板墙，落在板墙外3米远的地上，所以没有留下他的脚印。从理论上讲，若以与地面成45°角斜向上抛出，则抛得最远。
“科学大揭秘”
你们知道故事中讲的动能是什么吗？
其实，动能是描述物体在空间运动的位移过程中，合外力对物体做的功与物体功能变化之间关系的物理规律。
“知识小博士”
重力势能是物体和地球组成的系统所共有的，而不是物体单独具有的。重力势能的大小是相对的，即它的大小与参考平面的选取有关。原则上，参考平面可任意选择，一般选择大地为参考平面；而重力势能大小的改变是绝对的，即它的大小与参考平面的选取无关。
身陷绝境 裹毯滚坡
公元263年，邓艾和钟会是魏国的两员大将，他们分别率领大军去征讨蜀国。当钟会率领的大军攻到剑阁时，遇到了蜀国大将姜维的顽强抵抗，姜维把守险要的关口，居高临下，钟会难以推进，只得在剑阁外安营扎寨。这时，邓艾发现钟会想独占征讨蜀国的军功，便前去见他。
钟会劈头就问：“邓将军，我这里剑阁受阻，你有何攻蜀良策啊？”
邓艾说：“将军必须出其不意，攻其不备。你可以派兵走剑阁西面的阴平道，直取成都。这条小道全是悬崖峭壁，蜀军几乎没有设防。”
邓艾说完，钟会马上意识到邓艾想引自己误入绝境，便想顺水推舟，于是他说：“那就先请邓将军引路吧！”他预料，邓艾纵有三头六臂也难以通过这条险路，让他抢头功去吧。
听完钟会的话之后，邓艾决定率精兵而去，他一路逢山开路，行军非常艰难。有一天，邓艾率领的大军来到了摩天岭，将士们向下一看，全是陡峭的大斜坡，已经是无路可走了。这时，许多人坐在山头上大哭起来。
邓艾近前一看，心中暗暗吃惊，但他镇定地对大家说：“我们至此已无退路。前面虽险，但只要通过眼前的斜坡，便可直取成都，大家同去享受荣华富贵。众将士，跟我来！”
说罢，邓艾就用毛毯把全身裹起来，沿坡滚下，刹那间通过了险坡。众将士也不怠（dài）慢，先将兵器扔下去，然后各自取出所带的毛毯，裹住身体滚坡而下。几千名将士终于从绝境中闯了出来。不几天，邓艾大军直逼成都，迫使蜀后主投降。
看到这里，人们都会非常惊讶，邓艾率领的将士们怎么没有摔伤呢？其实原因是这样的，人向下滚坡时，难免与凸凹不平的坡路碰撞。由于速度很快，必须要防止撞伤，为此就要设法减少相互碰撞时的作用力，毛毯就起着这种作用。为说清其中的道理，先看鸡蛋落地的情形。当鸡蛋从相同的高度落到石头上时，每次都会碰破，而落在棉花堆上就碰不破了。两者的不同在于碰撞时间。所谓碰撞时间，就是鸡蛋从触地瞬间到静止所用的时间。碰上坚硬的石头，鸡蛋立即静止了；碰上柔软的棉花，则是先将棉花压缩，“慢慢地”静止下来。物理学原理告诉大家，物体的速度迅速变化时，它受到的力一定大，而缓慢变化时，它受到的力一定小。这样大家就可以明白，人在裹上毛毯滚坡时，一来毛毯避免了人体与山坡的直接接触；二来毛毯的柔软松厚能延长碰撞时间，以减小碰撞时的作用力。这与鸡蛋落在棉花上类似，只不过这里不像鸡蛋碰棉花，倒像是棉花碰鸡蛋了。
“科学大揭秘”
人走路时，脚与地面之间有何作用？这些是什么性质的力？力是存在于两物体间的相互作用，甲物体对乙物体有作用力，乙物体也必对甲物体有作用力。它们相互以对方作为自己存在的前提，不能孤立地存在。我们把其中任意的一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力。
“知识小博士”
牛顿第三定律：两个物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。
让手不沾水取出硬币
在明光中学的实验课上，老师在桌子上放着一只大而浅的盘子，盘子里有一枚硬币。张老师一边向盘子里倒水一边说：
“水面已经超出硬币了。条件是不许把手沾湿，而把硬币取出来，哪位能做到？”
话音刚落，学生们就纷纷议论起来，又说又做，真想出了不少办法呢！
小余的办法是：带上橡胶手套将硬币取出来。
小赵的办法是：用手拿着镊子把硬币夹出来。
小刘说：等水蒸发完了，再用手拿硬币。
小李干脆把盘子拿起来，小心地把水倒掉，等硬币上没水了，再用手拿。
小程拿一条干毛巾把盘子里的水吸干，然后用手拿出硬币，并说这是利用毛细现象吸水。
小柳拿一只玻璃杯，把点燃的纸团放进去，等杯子烧热了，将它倒扣在硬币旁边的水上。只见盘子里的水被吸到杯子里去了，硬币上没水了，便可用手取出。他说这是利用大气压力将水压到杯子里去了。
小梁拿了一条橡皮管，先没在脸盆里，使管子里充满水，用手指分别堵严两边的管口，一头放入盘子的水里，一头下垂在盘子的下面，然后松开手，盘子里的水便自动顺着管子流出，直到全部流干净为止。硬币干了，再用手取出。他说这是利用虹吸现象排水，本质上也是大气压力的作用。
见同学们一下子想出这么多办法，张老师很高兴。他对大家说：
“其实想实现让手不沾水取出硬币的方法很多，大家还可以继续想。各种问题都可以从不同的角度多想几种方法去解决，这就是所谓的发散思维。至于哪种办法好，这不能一概而论，要根据实际的要求和条件去判断。大家还要注意，有了许多办法，应该把它们整理一下，做一个分类归纳的工作，这样就容易抓住每种思路的实质，便于沿着正确的方向再找新的方法。你们把上面的各种方法归纳一下吧。”
这种方法可以归纳为两条思路：一是把手隔离起来再与湿的硬币接触，如戴手套、拿镊子；二是使硬币脱离水，变干，手就可以直接拿了。这后一条思路又可分为两种：一是水不动，使硬币离开水，如用木棒将硬币从水中拨出来；二是硬币仍在盘中而把水引走，如靠蒸发、毛细现象、虹吸作用等。
“科学大揭秘”
大气压的变化跟哪些因素有关？它是怎样变化的？
大气压的变化跟高度有关。大气压是由大气层受到重力作用而产生的，离地面越高的地方，大气层就越薄，那里的大气压就越小。不过，由于跟大气层受到的重力有关的空气密度随高度变化不均匀，因此大气压随高度减小也是不均匀的。
“知识小博士”
大气压不是固定不变的。为了比较大气压的大小，在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45°的海平面上，当温度为0℃时，760毫米高水银柱产生的压强叫做标准大气压。既然是“标准”，在根据液体压强公式计算时就要注意各物理量取值的准确性。从有关资料上查得：0℃时水银的密度为13.595×103千克/米3，纬度45°的海平面上的g值为9.80672牛/千克。
九龙杯的秘密
宋朝有位皇上，自从坐上皇帝的宝座之后，就忘乎所以，专横跋扈，花天酒地，骄奢淫逸，苛捐杂税使民不聊生，并且奸臣当道，忠臣良将却被残害。
有个大臣，深知平民百姓的苦难，发誓要以自己的绵薄之力规劝皇帝。他深知皇帝至高无上，听不进半句逆耳忠言，一句话不小心就会招来杀身之祸，只有学古人借助自然现象、巧妙的器物、婉转的讽喻，或可奏效。
他日夜冥思苦想。一日来到山下，见有竹筒向下流水，清澈透明，知是山中泉水。当地的群众告诉他这叫过山龙。山那边有泉水，却被山岭阻隔，便用竹筒一节节连起来，直上山岭，将水提高两丈（1丈合3米多）多，然后再沿山坡向下通到这里。这里比泉水水源低很多。竹筒连接处用油灰、黄蜡密封，所以它不漏水也不漏气。
“装好竹管后怎样将水引过来呢？”
“只要在这边水管口的下面烧松木、干草，让火气进入竹筒，水就会自动流过来。”
“这过山龙用了多少年了？”
“听老人们讲，已经有好几百年了。在大唐时就用上了，后来换过几回竹筒。”
这位大臣忽然想起在宫廷里见过的铜壶滴漏，那是计时用的仪器，是根据漏水的多少看时辰的。上面就有个类似过山龙那样的管子，是一根弯钩状的铜管，叫渴乌。弯管跨在盛水的铜器上，一端插进水中，另一端向下通到银龙的口中，只要将渴乌先灌满水，上面铜器中的水就会自动流到下面的银龙口中，一直到流完为止，这种铜器汉代就有的。
大臣回到府中后，由用乌、过山龙想出了一个主意。第二天，他找来一位能工巧匠，最后商定用渴乌取水的道理做个酒杯。半年之后，一个精致的九龙杯做好了。
一日，这个大臣上朝，将九龙杯献给皇上。这杯的上部是个敞口酒杯，杯子中间有一条昂首向天的金龙。杯子下部是个高高的底座，中间腰部有个荷叶盘。斟酒时，他两眼盯住酒杯，斟着斟着，刚刚倒满，忽然咕噜一声，杯中滴酒不剩。皇帝大怒。献杯大臣不露声色，向前禀道：
“此九龙杯乃天神指点，教人做事要有节度，不可贪心，贪心则空。正合’过犹不及’之古训。”
皇帝无心喝酒，若有所思，当场奖赏了这位大臣。后来，这九龙杯却成为皇帝手中的玩物。
九龙杯今已研制成功，并到国外展销，深受顾客青睐。
读到此处，你们可能还不明白九龙杯的构造吧。
渴乌、过山龙、九龙杯，都是虹吸现象的利用。九龙杯中间的龙头里，实际上是个弯钩状的管道。酒不满时，龙头里通下面底座的管子是空的，酒漏不下去。而斟满酒后，龙头里的酒上升并超过空管，在大气压的作用下，酒便顺着空管漏到底座中去了，而且是直到漏光为止，因为底座比上面的酒杯低很多。
“知识小博士”
正常情况下，人皮肤内外侧受到的压强是相等的。当口吮吸皮肤或用带橡皮球的玻璃罐吸皮肤时，口腔或玻璃罐所在处的压强会减小，血液就会因体内压强较大而聚集到皮肤处，从而使皮肤出现红斑。中医的拔罐法就是运用了这一原理。如果外界压强更低一些，血液就会被压出皮肤，像水蛭吸血一样。
虔诚的教徒
在古代的埃及，每一座庙宇的前面都会有一块空地，每天清晨挤满了前来祭祀的教徒，他们都安静地等待庙门的打开。
一天，贫穷的巴拉法特远道赶来，挤在人群里，他是个虔诚的教徒，好不容易才来到这里祭祀。不一会儿，祭司走过来，站在庙门外面的祭台前，点着火。随着祭火的燃烧和祭司的祷告，庙门慢慢地自动打开了。巴拉法特睁大双眼看着这神奇的场面。虽然他早有耳闻，但自己在现场见到这种场面还是第一次，于是他更加相信祭司是神派来主持祭祀活动的。
门打开以后，教徒们随着祭司鱼贯而入。巴拉法特看到前面的人在进门时还献上了自己带来的点心、水果、肉食、布匹、钱财……在他们祷告求神保佑时，油源源不断地从神像的手上流下来，淌到火上，火越烧越旺。巴拉法特很穷，拿不出钱物，但他相信自己对神的真诚。轮到他祷告了，却发现眼前的火越来越小，抬头一看，那神像的手上再也没有油淌下来。巴拉法特很惊慌，心里不住地想：这是神对我的惩罚吧？他失魂落魄、头晕眼花，也不知道自己是怎样走出寺庙，重新踏上无尽的归途的。
其实这根本不是神的惩罚，分明是祭司做的手脚，想骗信徒们多献钱物罢了。可怜的巴拉法特却一直蒙在鼓里呢！
庙门是怎样自动打开的呢？原来在祭台下是个金属空桶，火烧起来以后，桶中的空气受热膨胀，通到地下密封的大水箱中，将水压到旁边的小桶里，小桶下降时通过绳子、滑轮，使门轴转动，门就打开了。
油是怎样自动从神像的手上流到火上去的呢？原来在祭火下面也有个金属桶，桶中的空气受热膨胀，通入地下的密封油箱，把油压进神像中的暗管，从手上流了出来。
当祭司暗中把油箱中的一个小活塞打开时，热空气就从这里跑出，不能将油压入暗管，神像手上就没有油流出了。
“科学大揭秘”
水泥路面为什么隔一定距离要留一条缝？
水泥路面夏天受热膨胀，冬天遇冷收缩，隔一定距离留一条缝不容易损害水泥路面。
“知识小博士”
什么是静水压？在潜水力学上，习惯于把水面以下不同深度处单位面积上所承受的水的重量（或压力）叫“静水压”。根据定义，我们可以导出静水压的计算公式：静水压（P）=水的重量（F）/受力面积（S）。根据物理学上重量、质量以及几何学上体积的有关知识，我们可以将静水压的计算公式表达为：P=ρgh。
孔子见巧器
相传，孔子和他的弟子南宫敬叔曾到周都洛阳向老子学习周礼，一日来到太庙，这是帝王祭祖的地方，摆着各种祭器、文物。孔子发现庙里陈列着一个不认识的半躺着的奇形怪状的欹器（倾斜的容器），不明白用途，就向守庙人询问。守庙人告诉孔子这是君王用来防止骄傲的座右铭。孔夫子到底学问渊博，尽管他没见过欹器，可是听说过，而且知道它的作用和意义。
这时，孔子要他的学生舀来一瓢清水倒入壶中，结果，这种器物在空着的时候就倾斜歪倒；在里面盛上一半的水，它就正立；满水时，又翻倒。
孔子说：“这其实是告诫君王，肚子里空虚，是立不起来的；而自满了，是站不住的，这正是’虚则欹，中则正，满则覆’啊！”
孔子当时见到的欹器是什么样子呢。很可惜，不仅当时的那种欹器实物没有流传下来，而且连它的具体构造古书上也没有记载。由于这种装置相当吸引人，因此历代都有不少学者去考证它、复制它。1921年，考古学家们在河南省渑池县仰韶村发现了我国新石器时代的一种文化（公元前5000～公元前3000年），就叫“仰韶文化”。考古学家们发现，仰韶人特别喜欢使用一种挺好玩的尖底陶瓶来打水。这种陶瓶的半腰有双耳，可以穿进绳索。由于瓶子的重心在双耳略上一点，因此用绳子挂起来，瓶体是倾斜的。这样，将它缒到河里去，由于受到浮力作用便能自己斜过来让水进去，而用普通的水桶打水则需要摆动它。这种陶瓶打起水来很方便。而陶瓶灌水六七成满后，它的重心降到双耳以下，使它能自己扶正，往上提时水不会倾洒出来。水盛得过满，重心就升到比空瓶的重心更高的位置。提出水面时，由于倾斜会把水倒出一部分。这种尖底瓶已具备了欹器的条件，后来可能就从它发展成起座右铭作用的欹器。所用的材料也不限于陶土，还有用青铜铸的，有木质的；有盛水的，有盛酒的；有制成垂莲向下浇水的，有制成“仙人球金瓶”向下浇水的……件件精美绝伦。
“智慧指南”
平衡是一个十分有趣的问题，静力学主要研究的问题就是平衡。判断一个站立的物体倒还是不倒的方法，是从物体的重心那里画一条竖直线，看它是不是通过支持面。形状不变的物体重心的位置是固定的，但是这种奇怪的水壶由于水位的变化，其重心像一个“精灵”会跑来跑去，变得十分有趣。
“眼界扩展”
静力学基本原理：
作用在同一物体上的两个力，使物体处于平衡状态的充分与必要条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上（简称二力等值、反向、共线）。在两力作用下，处于平衡的物体称为二力体，如果物体是一个杆件，则称为二力杆件。
以用量豕
这是一个一千七百多年前东汉末年的事。曹操自封魏国丞相以后，地处南方的孙权送给曹操一头大象，曹操非常高兴，与此同时，他很想知道大象的重量，于是他就问部下。结果，大臣们不是说造一杆大秤，就是说把大象宰杀成许多块再上秤称。众臣没有一个提出让曹操满意的办法。
曹操有个小儿子叫曹冲，自小就聪明过人。五六岁时，待人处事就像成年人一样成熟。这时，小小的曹冲在父亲身旁说道：“将大象领到一条大船上，记下水面在船帮上的位置，把象领走，再把石头、铁块装到船上，直到大船下沉到装大象时沉到的位置。称出这些石头、铁块的重量，加在一起，不就知道大象的重量了吗？”
众臣听完，无一不拍手称赞，曹操于是命人按这种思路称象，最后终于知道了大象的重量。
其实曹冲并不是历史上第一个以用量物的人，根据古书的记载，早在东周时期，也就是比曹冲早500年的时候，就已经有“以用量豕”的事了。豕就是猪。
曹冲称象和以用量豕有着相通的道理，但曹冲称象的科学道理，可以从四个方面去说。一是等量代换。就是用能直接称量的石头、铁块替代不能直接称量的大象。作为一种普遍的方法，等量代换在数学上、精密测量上、技术上有着广泛的应用。二是化整为零。就是把不能直接称量的很大的重量化为许许多多能直接称量的较小的重量。它的反面就是聚零为整。测出一本书的厚度而知一页纸的厚度，就属于这类方法。三是力的平衡。当大象站在船上时，船受到的水的浮力是向上的，大象和船的重量，方向向下。在船静止时，这两个相反方向的力，大小必定相等。否则船不是上浮就是下沉，不会平衡。四是浮力定律。大象上船后，船吃水加深，它占据了水里更多的位置，或者说它排开了更多的水。船因为站上了大象而多受到水的浮力，这浮力就等于它多排开的水的重量。这其中的道理，也包含着等量代换：船替换了那些被船排开的水。船所受的浮力一定等于被排开的水原来所受的浮力。那些被排开的水原来在水中是静止的，可知它所受的浮力和它自身的重量相等。由等量代换推知，船所受的浮力，等于它排开的水的重量。船装石头、铁块时所受浮力，道理与上相同。
“科学大揭秘”
你们知道船的大小用最简单的方法是怎样计算的吗？其实船的大小是可以用排水量来表示的，即船装满货物后排开水的重量，也就是船满载后受到水的浮力。根据物体漂浮的条件，即可得出下列公式：排水量（浮力）=船自身的重量 满载时货物的重量。
“知识小博士”
从公式F浮=ρ液gV排可以看出浮力的大小只跟液体的密度、物体排开这种液体的体积这两个因素有关；跟这个物体的密度、体积、形状、重量，以及这个物体在液体中是否运动等因素无关。若这个物体完全没入液体中时，它所受浮力的大小不受深度变化的影响。
去上游找石兽
故事发生在清朝。在天津府的沧州南面，有一个大沙河，在沙河的对岸有个寺庙，因寺庙修建时间太长，有一年寺庙的大门突然倒塌，连同大门两旁的两个石兽一同落入河中，并沉入河底。
十几年后，庙里的和尚募集到足够的钱财开始重修寺庙，下河去打捞那两个石兽，可怎么也找不到。他们想，可能是被河水冲到下游去了。于是划着船，拖着铁耙，沿河向下寻找。划的划，转眼之间就划了十几里，但仍没有石兽的踪影，他们想，石兽真的会冲到那么远的地方吗？
当时有位老先生在庙里讲学。他听到寻石兽的事后，笑这些和尚：
“你们怎么这么不懂事物的道理呢？石兽有几百斤重，哪能像木片、树枝那样被水冲走呢？你们为何不想想，石兽那么重，河沙又那么细，容易流动，石兽必定会沉入河沙的深处。”
老先生言之有理，众僧叹服，准备放弃继续向下游寻找的念头，改在寺庙附近的河床挖沙，在河沙的深处寻找石兽。
老先生大发议论之时，众人里恰有一个看守河堤的老河工。他听后笑道：
“老先生此言差矣！凡在沙河中丢失的石头，必须到上游去找才能找到。”
此言一出，众人耳目一新，忙追问是何道理。老河工不慌不忙地说：“石头又坚实又沉重，河沙又细又轻又松，容易流动。所以，水冲不动石兽，而能冲走河沙。被冲走的河沙是不是将石兽埋没了呢？这要看河沙是怎样被冲走的。大家想想，水流冲到石兽上，便被石兽挡住，这部分水流会被反弹回来，形成漩涡，这漩涡又会将石兽下面的沙冲成个坑。水不断地流，漩涡就不断地将沙坑越冲越深，越冲越大。等石兽下面的沙有一半被冲走后，石兽就会因为得不到支持而倒向坑里。水流继续冲击，继续形成涡流，石兽就会继续逆着水流方向倒向坑里，越滚越向上游方向移动。所以要向上游去找。向下游去找石兽，是无济于事；向河床下面深挖，不更是费力徒劳吗？”但和尚们仍对寻找石兽的第三种方法半信半疑。不过此法比在水下挖沙容易得多，他们还是决定一试。于是划船向上游寻找，没划出几里地，果然找到了石兽。
聪明的人不是那些凭空猜想事物道理的人，而是有实际经验又肯动脑筋钻研的人。
“科学大揭秘”
水的表面张力虽然不大，但是如果把像绣花针那样比较轻的物体小心地投入水面（特别是布满气泡的水面），针也能由于水的表面张力而不下沉。这种现象在我国什么时候就开始被利用了呢？我国古代的妇女们早就利用这种现象，于每年七月七日（农历）进行“丢针”的娱乐活动。在《春场》中写到“水膜生面，绣针投之则浮”，这句话表明当时的人们已经提出了表面张力的物理效应问题。
“知识小博士”
流水推动物体的力量和水的流速的平方成正比。实验证明，在水中被搬运的物体的重力与水流速度的6次方成正比。如果某河流的水流速度是原来的2倍，则它推动的物体重力是原来的64倍；如果某河流的水流速度是原来的1/2，则它携带的物体重力是原来的1/64.
小秤称大物
上海某实验学校小军、小红、小芬坐在实验室里完成老师布置的实验题。他们上周学习了杠杆原理，知道怎样用杆秤称出物体的重力。他们一会儿称出一本大书是2.4千克，一会儿称出一只小猫是1.8千克，一会儿又称出一个小桌子是9.5千克。要知道，用杆秤称不出物体的重力，要算出重力，必先要知道物体的质量，再乘以9.8牛顿/千克，就可以算出物体的重力。例如：2.4千克的物重是2.4×9.8=23.52（牛顿），这是以国际单位制为单位的重力。
“能称院子里那块大石头吗？”小军问。
“这里的秤最多才称10千克，看样子称不起来。”小红说。
“大石头是个长方体，量出长、宽、高，算出体积是多少立方米。每立方米的石头质量是2.5吨，用体积去乘石头的密度不就得出它的质量吗？”小芬脑子很灵。
小军、小红都说这是个好办法。可是小军转念一想，说：
“你怎么知道这石头的密度一定是2.5吨/米3呢？不同的石头，密度不同啊！”
“你说怎么办？”
“我们充分利用了杆秤的杠杆原理，用不到1千克的秤砣称起了10千克的大东西。咱们为什么不再用一次杠杆原理去称称大石头呢？”
小军说出两次利用杠杆原理的思路，一下子把小红、小芬的劲头提起来了。他们找来一根2米长的铁棍、几根绳子，喊来几个大人帮忙，称了起来。先用绳子拴好大石头，把它挂在铁棍中央。铁棍粗细均匀，中央正好是它的重心位置。几个人在紧靠铁棍中央5厘米的地方，用绳子拴个套，两个大人用棍抬起来；在铁棍的另一头，也用绳子拴个套，一个大人用杆秤钩住。小军喊一声：“起！”杆秤称出是10千克整。
“放！好了，我们能算出大石块的质量了。”小军说。
“以两个大人抬的地方为支点，”小红嘴快，“列出杠杆公式：
石重×5厘米=10千克×（100 5）厘米
所以石头的质量是210千克（2058牛顿）。”
“不对！”小芬忽然说，“石头的质量不是210千克。”
“我算错了？”
“没算错，但没算完。”小芬说。
“噢！明白了！”小军经小芬一提醒，立刻悟出道理。
这时，小芬、小军突然想到一块去了，几乎齐声说：
“还没去掉铁棍的质量呢！”
“不用去！”小红不服气，“我们把石头挂在它的重心上了，这样，在杠杆平衡时，它的质量就可以不考虑了，因为它的力臂为0.”
“石头可以也应该挂在铁棍的重心上，但在计算时，支点不能选在重心上，真要这样，石块的质量也没法算了——它的力臂为0，力矩也为0，怎么算？”
“是啊！支点并不能选在铁棍的中心上，而是选在两个大人抬着的绳套处。所以铁棍的质量也起作用了。”
他们称出铁棍是7千克。
“那么，石头的质量是203千克（1989.4牛顿）。”三人异口同声地喊起来了。
“科学大揭秘”
你们知道杠杆有哪几种类型吗？
杠杆有三种类型，分别是：
1.省力杠杆
2.省距离杠杆
3.等臂杠杆
“知识小博士”
杠杆：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒叫杠杆。
被中香炉
在西汉时期，京城长安有个闻名千里的巧匠，他就是丁名缓。相传他在宫中曾制造过一台七轮风扇，七个轮子用一根轴带动，每个轮子的直径都有1丈（约合3.3米）长，上面都安着四个大扇片。一人摇动把手，可将七个轮子飞转起来，这二十八个大扇片扇起的风足以让房子里所有的人在夏天冻得直哆嗦。
有一天，丁名缓遇到了难题。
话还得从一个月前说起。宫中添置了一个鎏金薰香炉，造型极为端庄华丽。它的炉体是半球形，里面放上檀香或者龙涎香等香料，可以点燃。炉体上面有个山形的镂空盖子，上面雕有人物及龙、虎、猿等动物，栩栩如生。香炉点燃之后，香烟袅袅，香气清新、自然。圆盘形的底座，以圆柱形支柱连接炉体，周围雕着龙纹和云气纹。这个香炉的魅力足以让人驻足观赏。
有位大臣突然萌生出一个念头，如果有个小薰炉放在被中，整夜整夜散发香气，既可以除臭灭虫，又清洁空气，该多惬意！于是，他把这个制造任务交给了丁名缓。
当丁名缓接到这个任务时，他非常茫然，不知从何下手。他左思右想，终于想出了解决问题的办法。他让炉体在最里面，它的轴支持在第一层球上，当外球绕这轴上下滚动时，炉体能保持不动。第一层球的轴又支持在第二层球上，当外球绕这轴左右滚动时，炉体仍保持不动。第二层球的轴又支持在第三层球上，当外球绕这轴顺时针或反时针滚动时，炉体依然保持不动。这样，全部结构就保证外球做任意方向滚动时，内部的炉体均能保持不动。
当这位大臣看到丁名缓交出被中香炉时，惊呆了。对于这个制造，他非常满意，并重重赏赐了丁名缓。
“知识小博士”
滑轮组：由定滑轮和动滑轮组成。它的特点：既省力又改变力的方向。
规律：在忽略动滑轮所受重力和滑轮轴上的摩擦力的条件下，物体有几段绳子承担，拉力就是物重的几分之一。即F=G/n。
如果不忽略动滑轮所受的重力，只忽略滑轮轴上的摩擦力，F=（G物 G动）/n。但无论如何，S=nh总是成立的。
承担物重绳子的最多段数与动滑轮的个数关系是：最多段数=2N 1，这里的N指的就是动滑轮的个数。
在进行滑轮组绕绳子时，绳子的固定端与承担物重绳子的段数关系是：段数为奇数时固定端在动滑轮上端钩上，而承担物重绳子的段数为偶数时固定端在定滑轮下端的钩上（简记为：奇动偶定）。
特别提示：在进行关于承担物重绳子段数的计算时，对于出现小数时，处理原则是“只进不舍”。
指点迷津：动滑轮和定滑轮它们都是变形的杠杆。
定滑轮的实质是：等臂杠杆，所以才有了F=G且S=h。
揭穿“瓜皮帽”骗人伎俩
在菜市场里，有位老太太向市场管理员欧阳丰华反映，有个戴瓜皮帽的小贩卖苹果总是少斤两，如果有人问他，他总是不讲道理。欧阳丰华早已听说几个顾客反映他，今天，他就要去解决这个问题。
他朝“瓜皮帽”走过去，说：
“你又欺骗顾客了？”
“领导同志，自从你上次教育我之后，我就再没做短斤少两的事情，不相信你看看。”说着把秤盘翻过来给小王看，上面干干净净，“盘子底上没有磁铁了吧？我这个人，是知错就改，知错必改。”
面对一副油嘴滑舌的面孔，欧阳非常沉着冷静，说：
“这位老太太刚才买了几斤？”
“5斤（2.5千克）。”
“放上再称称！”欧阳以坚定的口气说，他似乎已看到“瓜皮帽”表情里的虚伪。
“称，称，足斤足两少不了。”“瓜皮帽”唯恐露了马脚，把秤盘尽量靠近身体，一称，倒成了5.5斤（2.75千克）了。
“你改错还矫枉过正呢！买5斤给人家5斤半？”欧阳讥讽地说。
“瓜皮帽”尴尬地赔着笑脸。只见欧阳从口袋里掏出一把曲别针随手一撒，很多曲别针竟被吸到了“瓜皮帽”的大腿上。由此断定，他虽然已将小磁铁从秤盘底下拿走了，但又换了一块大磁铁绑在大腿上。当秤盘靠近时，磁力就吸引秤盘，这样，秤盘里的苹果，再加上这个磁力一共称了5斤，苹果肯定不够秤。但吸力的大小与磁铁到秤盘的距离有关，最后称的这次，他一直怕露马脚，就尽量让秤盘靠近磁铁，不想，吸力又太大了，露出了破绽，欧阳立刻揭穿了他骗人的伎俩。“瓜皮帽”耷拉下脑袋，乖乖地接受处罚。
“科学大揭秘”
地球其实是个大磁铁，在地球上弄个小磁铁，由于同性相斥、异性相吸，就会使磁铁的两极指向固定方向。例如用细绳悬挂起来的条形磁铁，静止后就会指向北方和南方。当然不是正南正北，因为地球这块大磁铁的磁极并不是正好在地理的南北极点，因此有磁偏角这一概念。地球的磁场时刻在变化，与地球内部结构有关，也与太阳活动有关，剧烈变化叫做磁爆。
“知识小博士”
磁体又叫磁铁，分为永磁体和电磁体。磁体就是含有磁性的物质，磁性就是能够吸引铁、钴、镍等金属的性质。磁铁有两个磁极，即南极和北极，用S和N表示，同性相斥、异性相吸。电磁铁实际上是铁芯上缠绕线圈并通过直流或者频率不太高的交流电形成的。
爱迪生为自己洗冤
爱迪生年轻的时候曾在新西纳车站做过电工，有一天晚上，工友尼伯格高兴地约他来自己家看一下自制的电报接收机，以便让爱迪生提出建议。
尼伯格的实验室是个马棚改装的。在开门时，他对爱迪生说：
“里面放的东西很挤，我先进去点上灯，你再进。”
说完他就去点灯，没过一会儿，一声枪响打破了当时的高兴氛围，爱迪生冲进门惊呆了，尼伯格被枪杀了。这时，尼伯格的妻子和他的堂弟闻讯赶来，一口咬定爱迪生就是凶手。没过一会儿，警察也来了，在没问清楚的情况下就把爱迪生铐住了。
警察要把他带走时，爱迪生要求他自己要冷静地观察现场，他向警察说：
“请看，手枪是从那根柱子上掉到地下的。柱子上有个大弯钉，那里还有被火药烧焦的痕迹。若把手枪挂上去，枪口朝斜下方，正好能对准尼伯格点灯时所站的位置。”
警察拿起手枪挂到大弯钉上，为了能挂牢，必须把扳机插到大弯钉的圈里。
“不过，这样一来，手枪一动不能动了，那么，是谁扣动扳机的呢？难道是自动发射的？”警察问。
爱迪生早已注意到枪口离柱子的距离仅1厘米不到，而且在枪口上方的柱子上还钉了一个铁片，有一根电线上通天花板，下通地面，这一切似乎都掩盖得很好。爱迪生对警察说：
“请将柱子上枪口旁边的那个铁片取下来。”
想不到尼伯格的堂弟极其蛮横地阻挡警察取铁片。爱迪生全明白了，大声对警察说：“凶手就是他！请将他看住，听我来揭穿他的阴谋！”
这时，警察取下柱子上的那块铁片，果然在柱子里看到了爱迪生预料的电磁铁，就是一个带铁芯的线圈。
“如果通入电流，这铁片就有很强的磁性，这磁力足能向上吸动枪口，这样，扳机就被扣动了。”爱迪生解释给警察听。
“谁来给电磁铁通电呢？”警察问。
“是尼伯格点灯时接通了电流，当然他自己并不知道。”这个回答使警察更为诧异。爱迪生接着说：“请把地面上压住电线的木板拿开。”
果然有电线通到尼伯格点灯时所站的地方，下面有两个小铁片。爱迪生接着解释说：
“这两个小铁片平时是不接通的，人一站上去，把两个小铁片压在一起，就通电了。所以这是个简单的开关。”
“那么，电源又在哪里？”警察问。
“肯定是在天花板上。你顺着柱子上的电线往上找。”很快，爱迪生的话被证实了。
警察认定尼伯格的堂弟是利用电磁铁作案的。
爱迪生以丰富的电学知识使真相大白，在证据确凿的情况下，尼伯格的堂弟再也无法辩解。他为什么要杀死尼伯格？只因为他的贪婪，想占据尼伯格的财产，竟然想出如此歹毒的诡计。
“科学大揭秘”
为什么插入铁棒后，通电螺线管的磁性会增强呢？铁芯插入通电螺线管，铁芯被磁化，也要产生磁场，于是通电螺线管的周围既有电流产生的磁场，又有磁铁产生的磁场，因而磁场大大增强了。
豆子为什么会跳舞
在美国波士顿的街道旁，许多商贩都在叫喊自己的商品，其中有一个商贩把玩具小缸摆满了一地，不停地喊：
“卖鱼缸！卖鱼缸！又结实又透明，买一送一里！买一个鱼缸，送一颗会跳舞的豆子！”
这喊声吸引了不少路人过来围观，尤其是小朋友，都来争看会跳舞的豆子。每个鱼缸里有一颗小青豆，光溜溜的，看不出有什么蹊跷。可是，它果然会跳，每隔几秒钟就突然腾空跳起，落下来敲得玻璃鱼缸底当当作响，这满地的鱼缸好像在演奏乐曲。
“这真有趣。”
“真好玩！”
“这豆子是什么豆子啊？”孩子们都议论纷纷。
“这是普通的豆子！”小商贩说。
一个小男孩问：“我们家的豆子为什么不跳呢？”
“你们猜猜，豆子里会有什么呢？告诉你们吧，这豆子里有个会跳舞的虫子。”
“小虫怎么进去的呢？”
“在开花的时候，有一种卷叶蛾飞过来把虫卵产在花的子房里，子房长成豆子时，卵就在豆子里变成小虫了。”
“豆子怎么会跳呢？”小男孩发问不止。
“小虫在里面吃豆子长大，在它的肚子上长出一个叉来，它就靠这个叉来弹跳。”
“小虫在豆子里面跳，怎么又让豆子跳呢？”
“小虫跳，豆子当然跳了。”
“为什么？”小男孩仍然穷追不舍，商贩也说不清了。
“你还是去问老师吧，”一个长者替商贩解围，“我买五个。”
“我也买！”
一会儿时间，一地的小鱼缸被争购一空。
小男孩回到学校后，就去问老师豆子为什么会跳的原因。老师解释道：“在豆子里空隙较大的情况下，小虫在里面向上跳起时，必然碰到外面的豆子外壳，给豆子一个冲力，就使它从静止开始运动了。好比人在一个大纸箱中起跳时，如果向上运动碰到纸箱，人和纸箱就可能一同向上运动。如果豆子中空隙部分太小，那是跳不起来的。在这个过程中，小虫消耗身体的能量，变成动能，这动能又变成小虫和豆子的重力势能，而达到一定高度。当然啦，如果没有豆子，小虫会跳得更高些。”
“科学大揭秘”
我们所见到的物质，你们知道是由什么组成的吗？
因为物质都是由分子组成的，分子的运动是不会停止的，而且分子间的作用力也必然存在，因此，一切物体不论温度高低，不论处于什么状态（固态、液态或者气态），都具有内能。例如冰、水、水蒸气都具有内能。对同一物体来说，温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大；当物体的温度降低时，内能会减小。因此我们说，影响内能大小的因素是温度。
“知识小博士”
运动的物体具有动能。类似的，由于物体内部的分子总在不停地做无规则运动，所以也具有动能。分子间有相互作用的引力和斥力，这种分子间的相互作用力使分子还具有势能。
本章小结
这一章一定能给你无尽的遐想和智慧的启迪，能为你插上科学的翅膀，带着你飞上充满希望的蓝天。从这章中你学到了什么呢？
