“给我一个支点,我就可以撬起地球!”——传说这是发现了杠杆定律的古代的天才力学专家阿基米德所说的话。
图21 “阿基米德用杠杆撬起地球”
有一次,我们在普鲁塔克的书中读道:“阿基米德给叙拉古国王希伦写了一封信,他同这位国王既是亲戚,又是朋友。信中说,一定大小的力可以移动任何质量。他善于引用有力的证明,他补充说,如果有另一个地球,他就能登到上面,把我们这个地球移动位置。”
阿基米德知道,如果利用杠杆,就能用一个最小的力把无论多重的东西举起来:只要把这个力运用在杠杆的长臂上,而让短臂对重物起作用。因此,他就想到,如果用力压一个非常长的杠杆臂,就可以用手的力量举起和地球质量相等的重物[ 有关“举起地球”的表达,我们所指的是在地球表面举起一个质量等于地球的重物。]。
如果这位伟大的力学专家知道地球的质量是多么大,他大概就不会这样自豪地夸耀了。让我们设想阿基米德真的找到了“另一个地球”作为支点;我们继续设想,他制作了一根够长的杠杆。你们知道他得需要多少时间,才能把质量等于地球的重物,举起哪怕只有1厘米?至少要30万亿年!
事实上,地球质量[ 关于质量计算可以参照《趣味天文学》。]天文学家是知道的。质量这么大的物体,拿到地球上称出的质量约为6000000000000000000000吨。
如果一个人可以直接举起60千克的重物,那么他要“举起地球”,需要把自己手臂放在杠杆的长臂上面,而长臂等于短臂的100000000000000000000000 倍!
一个简单的计算就会把你说服,短臂的一端暂时举高1厘米,就得把长臂那一端在宇宙中画一个大弧,弧的长度大约是1000000000000000000 千米。
为了把地球举起1厘米,阿基米德的双手需要握住杠杆完成这样难以想象的漫长道路!做这个需要多少时间?如果我们假设阿基米德能够在1秒钟里把60千克的重物举高1米(工作能力几乎等于1马力),那么,那时候为了把地球举起1厘米,需要1000000000000000000000 秒,或者30万亿年!阿基米德甚至用整个漫长的一生压着杠杆,也不可能把地球举起像极细的头发那样粗细的一段距离……不管这位天才发明家多么聪明,也不能明显缩短这段时间。“力学黄金定律”告诉我们,任何一种机器如果在力量上面胜出,必然会伴有相应的位移损失,也就是说在时间上要吃亏。如果阿基米德的手能够运动到和自然界中最大的速度一样,达到每秒300000千米(光速),那么,在那种幻想下,他只有在做了十几万年的工作后,才能“举起地球”1厘米。