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3.力学之父

阿基米德是叙拉古统治者希罗王的亲戚,和王子格伦是朋友,格伦后来继承了王位。公元前1世纪的罗马建筑师、作家维特鲁威 在其10卷本的名著《建筑学》第9卷中,记叙了阿基米德和希罗王一则千古传诵的逸事。随着希罗王的政治威望和权势的日益提高,他决定建造一个华贵的神龛,内装一个纯金的王冠(wreath,其实是环状花冠),以报答神灵的恩泽。金匠如期完成了任务,本应得到奖赏,偏偏这时候有人告状,说他偷去一部分金子,代之以银。国王甚为愤怒,却又无法判断真假,便请聪明能干的阿基米德来鉴定。

起初,阿基米德也想不出好办法。苦闷之际,他到公共浴室洗澡,当浸入放满水的木桶时,一部分水溢出桶外,他的身体顿觉轻飘,于是豁然开朗。阿基米德领悟到,不同质料的物体,虽然重量相同,但因为体积不同,排出的水量也必不相同。根据这一道理,不仅可以判断王冠是否掺假,还可以知道少去的黄金分量。阿基米德高兴地跳了起来,赤身裸体地用多利安方言高喊:“尤里卡!”意思是“我找到了!”他不仅揭穿了金匠的劣迹,且将其上升到理论高度,得到流体静力学的浮力原理:物体在流体中减轻的重量,等于排去流体的重量。

这个原理记载在阿基米德的著作《论浮体》中,《建筑学》因为这则逸事被数学家们知晓,文艺复兴以后成为古典时期的建筑名著。另有作者记述成希罗王头上的王冠,如同专家所分析的,这不甚合理,如此轻巧的体积恐不能混入银子,也难以用排水法鉴别真伪。值得一提的是,1500年以后,意大利画家达·芬奇依据《建筑学》第3卷中提出的人体比例要求和黄金分割律,绘出了钢笔素描《维特鲁威人》,后来成为艺术史上最著名的素描,《建筑学》也借此进入了绘画史。

在帕波斯的著作《数学汇编》里,记载了阿基米德的另一则逸闻,即杠杆定律的故事。这个定律说的是,如果两个物体与一个支点的距离反比于其重量,则杠杆获得平衡。杠杆定律奠定了力学的基础,阿基米德因此发出豪言壮语:“给我一个支点,我可以移动地球。”其实,准确的说法是:“如果另外有一个地球,就可以站在那儿移动这一个。”这是1世纪罗马帝国时代的希腊传记作家普鲁塔克在《马塞勒斯传》里描写的,阿基米德还向希罗王夸下海口:任何重物都可以用一个给定的力来移动。国王听后大为惊讶,要求阿基米德用事实来证明。

于是阿基米德从国王的船队中选了一艘有三根桅杆的货船,那通常需要很多人花大力气才拖得动。阿基米德安装了一组滑轮,独自握着绳子站在远处,轻而易举地将船拉了过来。而依据5世纪的拜占庭哲学家普罗克洛斯(Procrus)的说法,那是希罗王为托勒密王建造的一艘大船,下水时几乎动用了所有的叙拉古人,而阿基米德凭借自己发明的机械装置,使得国王一个人就把它拖动。国王因此对他佩服得五体投地,并当众宣布:“从现在起,阿基米德说的话我们都要相信。”有趣的是,笔者发现,今天通过巴拿马运河或苏伊士运河上的每一艘巨轮,依然依靠轨道上的滑轮车牵引。 l9UQF2zbPAduPnSVp28JXXkwXbRRLNbhOCY63VDkN9p3RP1YUp7bYk4eLPN3W2fz

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