第 五 章 力的有趣故事

趣味故事是我们都爱读的，但趣味之中所蕴含的内在力量，却不是我们都能理解的。本章列举关于力的有趣故事，来让我们更深刻的理解力的本质与作用。以促使我们爱力、学力、用力，让人生更“给力”。
 
航天员回到地球为啥重新学习生活
一位名叫阿·尼·别列扎沃伊的俄罗斯宇航员于1982年8月13日作为指令长进入太空，并在空间站工作了211天9小时4分32秒，创下了当时在太空连续停留最长的纪录。在太空停留了7个月后回到地球，有人问他回来后有哪些特别的感受，他深有感慨地说：“需要重新习惯地球上的生活。”
他举例说，他们从发射场被送回饭店用餐时，拿起勺子喝汤，会觉得拿的不是一把很轻的勺子，而是一台又大又沉的熨斗；想喝水，拿起杯子才喝了几口手就不自觉地松开了，结果杯子掉在地上摔的粉碎；朋友跟他借照相机用，他顺手把相机朝前一推，结果掉在地上也摔坏了……
这是什么原因造成的呢？因为太空是一个不受力的环境，在那里拿任何物体都不费任何力气，航天员在飞船上拿起任何一个“重物”都跟捡起一小片纸屑一样轻松，把水杯、钢、纸、照相机等各种物体随手一放，它们就会安稳地“浮”在空中；同伴要借用物品，只需将物品向对方轻轻一推，物品就会径直向他“飞”去……航天员在太空生活较长时间后，习惯了不受力的环境，当他们刚回到地球时，仍然保留着太空中的习惯动作，于是就闹出了前面一些小笑话。
这位航天员的感受蕴含着这样一个深刻的物理道理，那就是运动和力的关系，也就是说，维持物体的某一种运动状态并不需要力，力作用的结果是改变了物体的运动状态。
海豚皮肤带来的启示
在海洋里，有一种比猴子还要机灵的动物，它就是海豚。对海豚进行训练后，它们能打乒乓球，能跳火圈，如同杂技团的演员。曾有人训练海豚和猴子学开电源开关，普通猴子二三百次才能教会，而一般海豚15～20次就学会了，有些机灵的海豚，5次就能掌握。
海豚是游泳能手，它虽然只有二三米长的身躯，几百斤重，可它每小时却可以游三四十千米的路程，相当于鱼雷快艇的中等速度，而且能把普通船只远远地甩在后头。
海豚在水中的“神速”由何而来，当一个固体在另一个固体表面上有相对运动或相对运动趋势的时候，存在摩擦阻力，这是一种干摩擦。另外，当固体相对于液体或气体而运动时，在固体与液体或气体的接触面上，也作用有阻止相对运动的摩擦力，这种摩擦力称为湿摩擦。
当固体浸没在液体或气体中而运动时，除了受到湿摩擦力外，同时还受到液体或气体的压力。迎面所受的压力大于背面所受的压力，因此这种压力也起到阻碍固体在液体或气体中的运动，这种阻力称为介质阻力。
介质阻力和湿摩擦力的总和就是固体在液体或气体中所受的摩擦阻力。正是水的摩擦阻力影响了人在水中游泳的速度，影响了船在水中的航速，当然也会影响鱼在水中的速度。船体造成流线型，就是为了减小这种摩擦阻力，从而提高船的航行速度。
虽然海豚也具有流线型的体态，按常规，从它的体形、身长、体重来分析，不可能达到每小时游三四十千米的速度。经过人们长期研究和观察，发现促使海豚具有“神速”的奥秘是在它的皮肤上，原来，海豚的皮肤特别松软，整个皮肤外层小管中充满海绵物质。当它游泳时，这海绵状的皮肤表层能“随机应变”，按照水的紊流作波浪起伏，使它的整个皮肤表层变得和水波的形状一样。
如此变化的结果，使水对海豚的摩擦阻力减少了90%，这就是海豚游泳速度极快的主要原因。之后，人们模仿海豚皮肤的结构，造出了一种柔软的人造海豚皮，用它覆盖在潜艇钢壳的表面，就能使潜艇的航速大大提高。
 
鱼鳔与潜艇
鱼儿能在水中自由自在地游动，与它体内有一个叫做鳔的特殊器官大有关系。有许多种鱼，如鲫鱼、鲤鱼，在背部的下面有一个长筒形的、薄薄的白色气囊，这个气囊就是鱼鳔。
鱼鳔中充满了空气，这些空气是从鱼的液体中扩散进去的。鱼鳔中的空气量可以自由调节，从而改变了它的体积。当游鱼上升时，它便让气囊充满空气，这时鱼的体积增大，排开水的体积也随之增大，而鱼的体重并没有改变，这时鱼受到向上的浮力大于鱼的重量，鱼儿上升了。
当游鱼下降时，它会减少气囊中的空气，鱼儿的体积减小，排开水的体积也随着减小，浮力要比鱼儿的重力小，游鱼就下降了。而当气囊中的空气被调节到某个适当的量，使鱼儿的重量与它所受浮力相等时，那么，鱼儿就可以停在水中某处“原地”休息了，由此，鱼儿能沉浮随意并不“神奇”。
潜水艇在海中也和游鱼一样，沉浮如意，这是因为潜水艇中有几个用钢板做的浮筒，它的作用与鱼鳔的作用是一样的。当潜水艇在水面上航行的时候，几个浮筒全是空的。当潜水艇需要潜入水中时，人们便将浮筒中的空气抽掉，让海水流进，流入浮筒的海水越多，潜水艇的重量就越大，当潜艇的重量超过海水给它的浮力时，潜艇便潜入海底下了。
当然，进入浮筒中的海水越多，潜艇入水的加速度越大。要让潜艇重新浮上来，只要开动气泵，将压缩空气打进浮筒，迫使浮筒中的海水排到浮筒外，潜艇便会减重，当重量小于浮力时，潜艇又上升了。潜水艇之所以沉浮自如，其秘密也不外乎在浮力的利用上。
利用浮筒还可以打捞沉船。这种方法被称为“浮筒打捞法”，用这种方法打捞沉船的时候，作业船将几个浮筒拖到沉船的海面上，灌进海水，浮简便沉入海底。与此同时，派潜水员潜入海底，用钢索将沉入的几个浮筒牢固地拴在沉船两侧，潜水员的任务完成了，回到作业船上。然后，开动作业船上的压气机，将压缩空气送进浮筒，排出浮筒里面的海水，沉船便会跟着浮筒浮上来了。
猫尾巴的功能
倘若有人不小心从楼上掉下去会怎样？当然是非常危险的。但如果让猫四脚朝天地从楼上摔下去，它却可以安然无恙，在它四脚朝天往下落的最后一刹那，它会把尾巴一甩，整个身体便翻转过来，四肢着地，最终平安无事。为什么猫尾巴一甩，它就能转身呢？
原来，转动的物体也有保持其惯性的性质。电动机切断电源之后，仍要继续转动相当长的时间之后才能停下来，这就说明转动物体有保持其转动习惯的性质。物体转动惯性的大小叫做转动惯量，它与物体的质量有关，物体的质量越大转动惯量也就越大，不仅如此，物体的转动惯量还与物体质量的分布情况密切相关。
譬如，两个质量相同的轮子，一个边缘比较薄，一个边缘比较厚。它们的质量分布是不一样的，边缘比较薄的轮子质量的分布离通过中心转轴比较近，它的转动惯量比较小，而那个边缘比较厚的轮子质量的分布离通过中心转轴比较远，它的转动惯量比较大。这就难怪机器上的飞轮要做得比较沉重而且边缘比较厚，是为了增大转动惯量，使机器在运转过程中平稳。
力学上还有一条重要的定律，叫做动量守恒定律：当物体不受外力矩作用时，物体的转动惯量与角速度的乘积不变。这样，当物体不受外力矩作用时，如果它的转动惯量变小角速度将增大，而转动惯量变大时则角速度将变小。
在花样滑冰表演中运动员旋转时会突然把张开的双臂向胸前收拢，他们的身躯绕着自己的轴越转越快，令观众眼花缭乱。原来，当花样滑冰运动员突然收拢双臂时，他身体的质量重新分布，离转轴近了，这样，他的转动惯量变小，根据角动量守恒定律，转速就加快了。
芭蕾舞演员作转体表演时，也是利用这个道理，先把双臂伸开，踮起脚尖旋转，然后迅速收拢双臂，转动惯量随之变小，角速度便随之而变大，旋转便加快了。猫刚从楼上摔下去的时候，身体并不旋转，角动量等于零，即将落地时把尾巴一甩，在甩动的方向上就有一个旋转的角速度。
此时，猫并未受到外界的作用，因此必须有一个与甩动角速度方向相反的旋转，才能保持角动量等于零，这个反方向的旋转，就是猫翻转身体的旋转，加上猫很灵巧，迅速收拢身体，使它的转动惯量减少，从而身体旋转速度加大，一下子就把身体翻转过来，四肢着地，这样便安然无恙了。
利用这个原理，还可以用来判断生熟鸡蛋。有一生一熟两个鸡蛋，如何既不打破蛋壳又能把它们辨别出来呢？可以这样判别：用同样的力，使这两颗鸡蛋在桌面上转动，此时会发现这两颗鸡蛋转动的快慢并不一样，转动快的那颗鸡蛋是熟的，而转动比较慢的那颗鸡蛋是生的。
此外，还可以这样判断：当它们旋转之后，用手轻轻地在它们上面按一下，其中一个立即停止转动，而另一个仍摇摇晃晃地再转几圈。这时即可断言，立即停止转动的那颗鸡蛋是熟的，而摇晃着再晃几圈的那颗鸡蛋是生的。
原来，生鸡蛋里面的蛋黄和蛋白处于液体状态，可以流动，而熟鸡蛋中的蛋黄、蛋白处于固体状态，与蛋壳连成一体。我们转动鸡蛋时，生鸡蛋的壳开始旋转，而里面液体状态的蛋黄与蛋白却要保持自己原来的静止状态，这就使得整个鸡蛋的转速慢，而熟鸡蛋的蛋黄、蛋白与蛋壳是一个固态的整体，因而很快地旋转起来了。
乌贼和喷水船
乌贼是我国著名的海产，它虽属于贝类但却没有外壳，属于软体动物，由于它具有施放黑色“烟幕”的本领，所以人们才将它叫做乌贼，也叫做墨鱼。它的头上长着10只长脚，身上有一个墨腺，依靠这个墨腺，乌贼能制造出乌黑如墨的分泌物，一受刺激，乌贼便将这黑色的分泌物喷出，将周围的海水染得墨黑，在这“黑幕”的掩盖下，乌贼将出其不意地捕捉它的食物，或逃避它的敌人。
大乌贼有18米长，30000千克重，它能将海中的大鲸击败，小船遇上了它也有危险，曾经有一条小船被大乌贼的长腿所缠绕，幸好渔民迅速用斧头砍断了它的脚，才避免了一场灾难。
乌贼善游泳，有“海里火箭”之称，其游泳的速度在海里的生物中也是名列前茅的。当乌贼慢游时，是依靠它身体两侧鳍的摆动，显得潇洒、斯文。当它需要快速冲刺时，则利用喷水的方法使游速高达五六十千米/小时，且轻捷如燕。乌贼喷水游泳的独特方式，与火箭飞行原理是一样的。
全身都是软肉的乌贼，有一个很大的外套腔，上部有一个环形进水口，从进水口进入外套腔的水，由软骨组成的“活门”将其关闭起来，这样，外套腔这个“贮水器”中就贮满了水。在乌贼的头部，除了10只长脚和眼睛外，还有一个类似漏斗的喷水口，这个喷水口长得内口大而外口小，是个绝好的喷嘴。
当乌贼收缩它强有力的肌肉时，便压迫外套腔中的水从喷水口猛射出去，宛如火箭喷射出的烟火。这时，乌贼便能以很快的速度向后退去，贮水器中的水喷完了，收缩的肌肉就松弛了，“活门”重新开启，水又进入贮水器，这时便可以进行第二次喷水，喷水口一次又一次地喷水，使乌贼连续不断地向后迅速退去。
上天的火箭喷出的是烟火，“海里火箭”喷出的是水；火箭的燃料要一次带足，且造价昂贵，乌贼的“燃料”却可不断更新，且海水是自然之物，取之不尽，用之不竭。火箭所能达到的最大速度，与火箭的“级”数有关，而“海里火箭”喷水的次数可以是任意的，前进的速度是“随心所欲”的。
在内河运输中，有一种喷水拖船，这种拖船上装有水泵，将江河中的水抽进船上的贮水箱中，然后由船尾喷射出去，这样拖船便能向前行驶了。这种船是模仿乌贼设计制造的。
由于喷水拖船是依靠喷水行驶的，因此它不像轮船那样，需要在水下安装螺旋桨，它能在浅水中行驶，这是轮船所办不到的。
雁阵的节能原理
尽管南来北往的大雁们那划破苍穹的长鸣并非整齐划一，但是即使是在茫茫夜航之中，它们的队形也总是秩序井然。
从鸟翼扑动的空气动力学分析中得知，当翅膀扑下去的时候，翼上方的空气便变稀薄，压力随之下降，形成一个低压区，相反，翅膀下方则成高压区，身体便被举起。当领头雁双翅扑动飞行时，其双翅翼梢各产生一股“压差气流”。
于是其身后的雁便依靠这股上升的气流托住一只雁阵翅膀，它又可托住身后一只雁的一只翅膀。因此除了领头雁外，所有的雁均处于单翅飞行的状态，它们正是利用这股微弱向上的“压差气流”，节省体力以求胜利抵达目的地。
无独有偶，长途洄游的鱼也总是列队前进，井井有条，它们也同样深知借助第一排鱼游动所造成的一股前进的水流力量前进，而且还要不时地调换自己的位置，时而游向费力的奇数排，时而退往省力的偶数排。人类的本领当然远远凌驾于各种生物之上。人们不但善于开发各种新能源，而且也巧于节省各种能源。
就拿目前被列为“第五能源”的“节能”来说吧，人们早就十分重视了。比如本世纪初英国人威廉·韦香特有感于夏季早晨的大好时光竟为人们睡梦所浪费，于是首先提出了改变夏季作息制度的建议——初夏把时钟拨快1小时，等到秋分再拨回。
保守的英国议会曾三次否决了这项建议，倒是德国看出了它的巨大获益，尽管当时第一次世界大战厮杀正酣，但他们还是率先于1916年采用了夏时制，几天之后，法国、意大利、葡萄牙、荷兰、丹麦、挪威、瑞典、奥地利也都争先效尤。
法国议会更是通过法令，说夏时制乃“珍惜电、石油和天然气”之举。到第二次世界大战期间，为了更多节约燃料，更充分地利用白天的光线干第二班的活，甚至采用过“双倍”夏令作息时间，甚至将时钟拨快2小时，据说，德国每年节省费用1亿马克。
英国专家1970年对夏时制的经济效果的调查指出，每年节约的燃料费值1亿英镑左右。据统计由于白天“延长”，交通事故可减少3～4%。至于下班后那“多出来”的1小时更是谁都高兴的，早起早睡不还是长寿之道吗？
牵牛花·蛇与欧拉公式
牵牛花，细细的藤，青青的叶，开出喇叭形鲜艳的花，藤不断地向上爬，花开了又开，呈现出欣欣向荣的景象。
牵牛花自己不能自立，只有找“靠山”伸直身子，生存要求它必须具备向上爬的本领。它的藤上生长着很多的“小毛毛”，这与南瓜藤、丝瓜藤没有什么区别；仔细观察就会发现牵牛花的“小毛毛”比其他藤长得高明。
它是斜着向下生长的，每一根“小毛毛”像一把把小钩子，钩着竹竿向上爬，这对增加藤与竹竿的摩擦力起到很大作用。牵牛花的藤还螺旋式的一圈一圈地绕着竹竿上升，就是在大风中也能相依为命，连在一起。
由牵牛花的藤，使人不禁想到了蛇，蛇能用尾巴缠住房檐下的椽子，整个蛇身悬在半空，把头伸向雀窝，享受着美味的雀蛋。
牵牛花能绕圈上爬，蛇能用尾巴绕圈经得住本身的重量，自然界的这种现象，也反映在日常生活及工业上，这种现象要求人们对它进行科学解释，于是大批科学家投入了辛勤的劳动。一位发表过750多篇论文的数学家、力学家欧拉（1707～1783年），在1765年终于找到了答案，就是有名的欧拉公式，它为工业上皮带传动的计算奠定了基础。
把绳绕在轴上，当抓住其中一端时，另一端可以承受很大的荷载。可以承受的荷载与缠绕的圈数有关，与绳和轴的摩擦系数有关，与抓住绳的一端的拉力有关。欧拉根据这些总结出了具体的计算公式，并为实践所验证。
将一根很结实的绳子缠绕在圆截面的横梁上，绳子的一端有人拉着，一般拉力为20千克，绳与圆截面横梁的摩擦系数一般为0.3。当缠绕半圈时，大约可拉起一辆自行车；当缠绕一圈半时，可拉起一辆摩托车；当缠绕两圈半时，可拉起一辆小轿车；当缠绕三圈半时，可拉起一辆十轮卡车。随着圈数的增加，可以拉起的重量不断增加。
其实，人们早就利用这种方法来拉住物体了。在长江上的航船每到一地船要靠岸时，都可以见到船工操作：首先，船上船工向岸上船工抛过去一根麻绳，岸上船工接绳后立刻在矮铁柱上一绕，然后，慢条斯理地在两个矮铁柱上缠起“8字”来，越缠越多，最后打了一个结，让摩擦力拴住大轮船！据说，关键就在于麻绳后的第一绕圈。
 
大象和蚂蚁的童话
著名作家秦牧写有《艺海拾贝》一书，其中有一篇“象和蚁的童话”：“有一头大象和一只蚂蚁比赛力气，请仙人裁判。”
大象挥动长鼻子拔起了一棵大树，卷着来回走了一程，显得十分自豪；蚂蚁，不慌不忙咬断了一根小草，吃力地把它拖着走了一段路，仙人看了，出乎一切动物意料之外地评判道：“我认为蚂蚁的气力比象大，因为象拖动着大树，没有它的身躯那么重。而蚂蚁呢？它衔着的小草都已经等于它的体重的25倍，单就大树和小草的重量来说，大树自然要比小草重得多。但是按照一只动物的大小和它能够拖走多重的东西比较一下来说，蚂蚁的气力却比大象大好几十倍了！”
从做功的角度来说，蚂蚁的气力与大象的气力相比是微不足道的，但仙人主要的论点是大象卷起的大树与大象本身重量之比为1∶1，而蚂蚁拖着的小草与蚂蚁本身重量之比为25∶1，既然大象气力大，为什么不能像蚂蚁那样，背起是自己体重25倍的物品呢？
这个问题很早以前已经引起人们的注意，伽利略在《关于两门新科学的对话》一书中，借书中主人公萨尔维亚蒂之口说：“一只小狗可以背起两只甚至三只同样大小的狗，可是一匹马却不一定能够背起哪怕是一只同样大小的马。”
原来，所有的动物承受重物，关键在于动物的骨骼，骨骼的承受能力是骨质的强度（单位面积上承受的力）与骨骼横截面有效面积的乘积。小狗骨骼的骨质强度与骨骼横截面有效面积的乘积，决定了小狗能背起两三只小狗。
所有动物的骨质强度都差不多，即马的骨质强度与小狗差不多，虽然马骨大，马的骨骼横截面有效面比小狗大，但大得毕竟有限，所以马骨比小狗的骨承受能力大得也有限，故马只能背起与它差不多大小的马了。
大象骨骼要承担的力比蚂蚁骨骼要承担的力大千万倍，但大象的骨质强度不可能比蚂蚁的大几十万倍，因为大自然不可能造出比蚂蚁骨质强度大几十万倍的材料，况且，大象的骨骼除了负担大象自身硕大的重量外，富余能力已不多，否则将会造成骨折的危险，对于按比例负担重量来说，大象只好甘拜下风了。
长臂猿与离心力
英国人赫胥黎著有《人类在自然界的位置》一书，书中引述了马丁对敏捷的长臂猿的报道，其中有一段：“它（雌长臂猿）动作的敏捷和优美，几乎难于用文字表达，它在林中从这枝到那枝，好像仅仅触着枝上一点点，真如飞腾在空中一样，而且每一次极其轻易地移过12英尺（相当于3.66米）至18英尺（相当于5.49米）的距离。
几小时持续不断地移动，也毫不出现疲乏的样子。显然，如果林中有更大的空地，长臂猿一次的移动还远远不止18英尺远呢！因此迪沃歇说，他曾看过长臂猿从一树枝到另一树枝，一跃相距40英尺（相当于12.19米）。
这话虽然很惊人，但还是可以相信的。有时在握着树枝前进时，它用仅仅一臂之力，绕着树枝旋转一圈，转动之快速几乎使眼睛来不及观察，随即又以同样的速度，继续前进……它的身体好似用绳挂在树上一样。”
长臂猿在平地上的行进是相当笨拙的，它高举前肢以保持身体的平衡，犹如庙会上走钢丝的艺人，显然，它真正的本领在树林中，无论玩耍、争食、逃跑，都离不开圆周运动。它身材虽然不及人的一半高，而且又瘦又小，但用离心力作为一切活动的手段是任何其他动物所没有的，尤其当它行进速度减下来时，“它用仅仅一臂之力，绕着树枝旋转一圈”，作为加速的动力，再度发挥出它特有的本领，可以称得上利用离心力的大师。
在体育运动中，有一项链球运动，人挥舞着带链的球，利用离心力把链球抛出去，但动作之优美、自然却不及长臂猿了。人类利用离心力到底比长臂猿聪明，因为人类能思索、能创造，比如离心分离器，在两只金属管内放置好要分离的液体，当旋转时，两只金属管里原来垂直下挂成为水平乳状的混合液在旋转后取出时，在金属管的底部为沉淀物，物面上部为清水。
人类对离心力的利用远非这些，其他如洗衣机的甩干、蒸汽机中的飞球式调速器、制糖工业中分离糖蜜液体、铸造工业中离心浇铸法，等等。
 
使用火炮的骡子
这是一个真实的故事。
100多年前，在美国西部的一个要塞中，一名爱动脑筋的少校想：“现在的炮车要马和骡子拉，道路不好走时，还要把它拆开来驮运，射击时再组装起来，太麻烦了。如果把火炮直接安装在马和骡子背上，不但行军速度提高了，而且进入、撤出阵地的时间也会大大缩短。”他把这个想法上报给要塞司令官，司令官大加赞赏，决定让少校马上组织实验。
少校命令士兵们挑选了一门榴弹炮和一匹非常健壮的野战骡子。士兵们七手八脚地用皮带把榴弹炮炮口朝后牢牢地捆在骡子的背上，并且在炮管里装入一枚球形榴弹，少校把骡子牵到悬崖上，让它转过身来使炮口指向河中的目标，军官们在距骡子不远处围着骡子站成一个弧形看热闹。少校得意洋洋地宣布：“世界上第一门自行榴弹炮射击实验开始。”接着把定时引信插入榴弹炮火门中。
骡子听到自己背上发出嘶嘶的响声，心神不安地害怕起来。它转过头来想看看到底是什么东西在自己背上，这一回头不要紧，身子也跟着转了过去，炮口在水平方向横扫起来，当它看清楚是刚才捆在自己背上的那个大黑家伙在冒着烟时，一下子惊蹶起来，四条腿缩成一束原地打起转来。榴弹炮的作用半径是3000米多，眼看周围的每一个人都有被炮弹击中的危险。
军官们慌乱起来，要塞司令官像猴子一样爬到一棵大树上；中尉们连滚带爬地向崖边跑去，一个接一个地跳进河中。副官掉头撒腿向要塞跑去；军士们原地卧倒，用刺刀匆匆地建造着围墙；少校则被骡子撞倒在地上。骡子的背上不断地喷出一团团烟雾，随着沉闷的一声巨响，骡子往后边连续翻滚着摔下了悬崖，而炮弹却朝着要塞飞来，正好击中了少校宿舍的烟囱。聪明的少校为什么会失败，原因是他忽略了火炮射击中的后座力。
炮膛内火药气体产生的压力推着弹丸向炮口方向运动时，会产生一个向后的力，推动炮膛后壁，这个压力即使在那时火炮威力较小的情况下也有几千千克之大，几千千克的力一瞬间作用在体重不足一二百千克的骡子上，后果不难想象。这次失败给人一个启发：注意后坐力。因此现代自行火炮除具有反后坐力的装置外，还把火炮装在一个很像坦克底盘的大铁家伙上，就是充分考虑了后坐力的缘故。
蜘蛛的液压腿
从古至今，凡是和蚊子打过交道和领教过蚊子叮咬的人，没有不憎恶的，人们一直在想方设法消灭各种各样的蚊子。
蜘蛛是蚊子的天敌，它有八条腿，腹部后端有六个吐丝器，六个吐丝器外面有一千多个吐丝孔。每个小孔泌出一滴黏液，这液滴遇见空气便变硬成丝，一千多根细丝又并起来成为一根黏性的细丝，这就是我们所见到的蜘蛛网上的蛛丝。蜘蛛丝非常细，大约只有人头发的十分之一。
蜘蛛用这些细丝编结成具有黏性的网，编织成功之后，它便躲到一边，静等“自投罗网”的蚊子。每到夏、秋两季傍晚，蚊子纷纷出动向人类袭击，它们嗡嗡作响，横冲直闯。它们不会想到有的会被人们打死，有的难逃蜘蛛的“法网”。那些落到蛛网里的蚊子挣扎晃动着蜘蛛网企图逃掉，可具有黏性的蜘蛛丝却将它紧紧缚住，动弹不得。
蛛网被晃动，躲在一旁的蜘蛛便得到了“果实”飞来的信号，它驱动那八条“液压腿”迅速赶到那里，美餐一顿。
“液压腿”，这名字有些令人费解。原来，蜘蛛的腿不像其他动物一样，里面没有肌肉而只有液体，它的爬行不是靠肌肉伸缩带动腿，而是靠液压的传动。蜘蛛能使腿中的液压剧增或锐减，并依靠液压的传动来使它的腿弯曲或伸直而爬动，因此人们叫蜘蛛的腿为液压腿。
液压传动在生产中也有广泛的应用。飞机起飞或降落后，都要依靠几个轮子在跑道上滑行，起飞以后，要将轮子收起；降落时又将轮子放下。飞机轮子的收起或放下，就是依靠液压传动进行的。拖拉机耕地时，经常要根据需要提升或降低它后面的农具，这项工作也是靠液压传动进行的。
在工厂里，有些车床的工作也有液压传动的功劳。矿井里使用液压金属支架，可以根据顶板的高度来调节高低，这调节过程也是利用液压的传动。总之，液压传动正在许多机械中大显身手。
 
善于运用物理学的鱿鱼
鱿鱼是游得最快的动物之一。仅看它们的外形就知道它们善游；菱形的肉质鳍像尖刀刺开海水，流线型的身体又减少了游泳的阻力。更重要的是，所有的鱿鱼都拥有“火箭推进器”——外套腔，利用喷水原理使身体前进。
鱿鱼的躯干外面包裹着一层囊状的外套膜，外套膜里面则是一个叫外套腔的空腔。一旦灌满水，外套腔的入口便扣上了，鱿鱼使劲挤压外套腔，腔内的水没处去，就从颈下漏斗喷出，喷水的反作用力推动外套腔向反方向前进。
为了使自己获得高速度，鱿鱼在进化过程中抛弃了沉重的外壳，用轻软的内骨骼支持身体。鱿鱼的游泳速度可达50千米/小时，逃命时更高达150千米/小时，被人们誉为“海中的活鱼雷”。鱿鱼能以两种姿势交替游泳，吃饱了，没有危险，它就用菱形鳍慢悠悠地划水，身体呈波浪型有规律地前进。
遇到危险或捕食时，鱿鱼则将尾部朝前，头和10个触手转向尾部，触手紧折在一起，利用喷水方式前进。这时它的身体成为优美的阻力最小的流线型。
本领最大的一种鱿鱼，还能表演凌空飞行的绝技，这种鱿鱼体长16厘米，当它们以极快的速度跃上波峰借着下跌的浪头滑到空中时，菱状肉质鳍成为稳定飞行的“机翼”。鱿鱼能飞7～8米高，然后落回海中，倘若不幸落在船甲板上，便成为海员的美味佳肴了。
章鱼与真空吸盘
20世纪日本皇室一艘满载朝鲜贵重瓷器的货轮在日本海沉没，尽管知道沉船准确地点，但因潜水员下潜不了那么深，于是求助于章鱼找捞。
章鱼跟乌贼一样，同属头足类动物。因为它的“脚”长在头顶上。章鱼的8只长脚活像8条带子，因此有人称为“八带鱼”。其实，章鱼本不是鱼，而是一种贝类。
章鱼脚上长有强有力的大吸盘，平时嗜好器皿，喜藏匿其中，吸附不出，人们利用它这个怪癖，得益不浅。
希腊有座克里特岛，由于煤船的频繁往来装卸，使海底堆积了厚厚一层煤。渔民们常捉来章鱼，拴在长绳子上丢进海里，让章鱼到海底去抓住煤块，然后再把绳子拉上来，煤块也就捞上来了。
章鱼抓煤块靠的是脚上的吸盘，吸盘的构造和人们沿袭用的拔火罐相似，拔火罐里的燃烧物消耗了罐中的氧气，使罐内外产生了压力差，这就是拔火罐有吸力的原因。章鱼则是利用肌肉收缩排出吸盘内的水，造成吸盘的压力差而产生吸力的。章鱼吸盘的吸附能力很强，有时甚至能吸住比自己体重大20倍的煤块。
文章开头提到的日本沉船上的瓷器打捞正是利用了章鱼脚上的吸盘。人们把章鱼系上细绳投入大海，沉至海底后，章鱼便觅罐而卧，随后人们拉起绳子，顽固的章鱼死吸住器皿不放，于是一个个贵重瓷器便被吸拉上来。
章鱼强有力的脚和吸盘是它的防御工具。在海洋里，与它同样大小的动物都受其害，就算最大的、装备最好的虾，也难免成为章鱼的牺牲品。据说，产于北太平洋的大章鱼，其脚有3米长，潜水员碰上它也是凶多吉少；它甚至能把脚伸到小艇上，把小艇拖翻！
章鱼凶残，可对其子女却照顾得无微不至，为了保护自己所生的蛋，常端坐在蛋上，须臾不离，不吃不喝，以保下一代平安出生。
有趣的是，章鱼休息时，总是留一两条长脚“值班”。长脚不断转动，如果触到敌害，便会跳起来逃之夭夭。章鱼还有一套登陆越境的绝技，科学家吉利帕特里曾亲历过这么一回事：一天，他提着一只盛有章鱼的水桶进书房，想让客人们观赏，在等待客人时，他专心看书，突然听到一声巨响，原来水桶里的章鱼竟越出水桶口，爬上书架将一本厚书推了下来。
章鱼吸盘产生巨大吸力的道理，人们早已用来研制用具和机器，常见的如“真空吸盘式”塑料挂衣钩。这种塑料吸盘只要往玻璃或者平整的木板上按，挤出盘内空气，就能牢牢地吸在上面，一个小小衣钩可擎住一件大衣的重量。在工业上，人们利用这个原理制成了真空起重机。
这种起重机用吸盘代替了普通起重机的吊钩，工作时像章鱼一样，把装有吸盘的吊臂对准吊物的光滑部位，就能牢牢地抓住起吊物，国外有人曾用这种起重机吊运重达30吨的水泥预制板。
 
阿基米德断王冠案
故事发生在2000多年前的意大利南部西西里岛上，在这个岛上，有个叙拉古王国，它的国王对自己统治着一个富饶的国家是非常得意的。
有一天，国王接见了一批来访的外国商人。在他面前，这些商人自然说了不少奉承的话。但是，其中一位年老的商人说他连一顶纯金的王冠都没有，笑话他的穿戴与他的身份不相称。对此，一贯好强的国王很不服气，他说：“做一顶金制的王冠还不容易吗！请你过一个月再来，你就可以看到我头上戴着金制的王冠了。”
外国商人走后，国王立即下令召来了一位手艺高超的金匠，交给他黄金，让他做一顶纯金的王冠，并限他一个月之内把做好的王冠送来。
一个月期限到了，国王兴高采烈地召集全体文武大臣，准备迎接金王冠。鼓乐声中，工匠双手捧着一顶金光闪闪精致美丽的王冠来到殿前。在场的文武百官对这顶王冠赞赏不已，国王更是喜形于色，顾不得平日的尊严，急忙走下王座，接过王冠就戴上了。
国王非常喜欢，逢人就夸耀这顶王冠，有时还让周围的亲信细看。这些亲信接过王冠就感到些奇怪，总觉得王冠不是纯金做的，心想：“如果是纯金做的，为什么这么大的王冠分量却不那么重？”
“可能只有表面是金子，里面掺假了。”
“一定是金匠耍了花招。”
可是谁也拿不出明显的证据，所以这个疑问谁也不敢对国王讲。但这些议论却在下面悄悄地传开了，七嘴八舌的议论不久就被国王知道了，国王勃然大怒。如果王冠的确掺了假，就是那位金匠欺骗了国王；如果王冠是纯金的，那么散布“王冠是假货”的人就将成为破坏国王尊严的罪人。
工匠被抓来了。国王怒问：“你这个贼，竟敢偷到我的头上来了。快说，你怎么敢在我的王冠上掺假，你把黄金偷到哪儿去了？”工匠申辩说：“我怎么敢偷您的黄金呢！请您将王冠称一称，肯定它的重量与我领到的黄金丝毫不差。”
王冠被放在秤上称了一下，果然恰好是国王交给他的黄金的重量。这样一来，那些说过“王冠不是纯金做的，肯定掺了假”的人就要成为诋毁国王尊严的罪人了。因此，国王身边的人都惊恐不安。
其实，这时候的国王也似乎感觉到王冠有点不那么沉甸甸的分量了。在大臣的请求下，给几天时间让他拿出证据来说明王冠到底是真还是假。
正值大臣苦于没有办法的时候，有人提议：“去找阿基米德，也许有办法。”阿基米德是当时著名的科学家，有过许多发明和创造，大家非常尊重他。于是，他们找到阿基米德，并把事情的经过跟他叙述了一遍，请他设法帮助查明王冠的秘密。
王冠到底是不是纯金做的，阿基米德觉得非常有趣。这个奥秘深深地吸引着他。他夜以继日地寻求着解决的办法，饭吃不香，觉睡不好。家人见他这样，便吩咐仆人硬陪着他上澡堂去洗个澡。
跨进浴池的时候，他突然注意到，当他在浴池里沉下去的时候，就有一部分水从浴池溢了出去。身体入水越深，溢出的水越多，当全身都入水后，水才停止外溢。同时，他感觉到自己的身体似乎轻了一些。这习以为常的现象，却使处于冥思苦想的阿基米德豁然开朗，他马上跳出浴池，浴池里的水也立刻浅下去。这时，他已经完全明白：刚才澡盆里溢出去的那部分水的体积，不正是自己身体的体积吗！
他欣喜若狂，竟顾不上穿好衣服就跑出了浴池，浑身湿淋淋地一面高喊着一面往家里跑。回到家里，立即动手做实验，准备了重量相等的两块铜和银、两个同样大的盆，盆里都装满了水。然后把铜块和银块分别放进两个水盆里，发现放铜块的那个水盆溢出来的水多，而放银块的那个水盆所溢出来的水少，这样，阿基米德对检验王冠是否掺假这个难题便胸有成竹了。
阿基米德找到那位大臣，大臣领着他见了国王说：“阿基米德是我国杰出的科学家，他有办法检验王冠是否掺假。”国王问阿基米德：“你的办法能保证不损坏我的王冠吗？”阿基米德作了肯定的回答。
当着国王和大臣的面，阿基米德将重量相同的金块和王冠分别浸入装满水的盆子里，再将它们溢出来的水进行比较。结果发现，放王冠那个盆溢出来的水比放纯金盆溢出来的水多得多。阿基米德把王冠从水中取出来以后，清楚地告诉国王：“王冠是掺假的。”国王和大臣们不懂得其中的道理，都以疑惑的眼光看着阿基米德。
阿基米德又要人取来两块相同重量的木块和铁球，并问周围的人：“它们的体积哪个大？”
“当然木块大。”“那么，把它们完全浸入水中，哪个排出的水多呢？”“当然也是木块排出的水多。”这时大家才明白了其中的道理：物体浸入水里，就要排出一部分水，如果物体完全浸入水里，它所排出的水的体积等于物体的体积。
相同重量的一块金子和一块掺了假的金子，它们的体积是不一样的。因此，把它们分别浸入水里所溢出的水的体积也不一样。如果王冠是纯金做的，它的体积与相同重量的黄金的体积应该相等，它浸没在水里所溢出来的水的体积，应该与相同重量的金子所溢出来的水的体积相同。既然实验的结果是放王冠的那个盆所溢出的水比放金块那个盆所溢出的水多得多，王冠不是纯金做的这个结论肯定无疑了。
王冠之谜终于被阿基米德揭开，国王称赞了阿基米德，而那个敢于捉弄国王的工匠受到了严厉的惩罚。
阿基米德杠杆的威力
杠杆只不过是一根带转动轴的直杆或曲杆。虽然貌不惊人，但它却是机械的始祖。大约三千年以前，我们的祖先就使用杠杆了。农村中用来捣谷的舂、铁锨、剪刀、筷子、铡刀、独轮车以及镊子等等，都是不同形式的杠杆。人们根据不同的需要，调节动力臂与阻力臂的长短。
但是，杠杆的支点不一定都在中间，而阻力作用点有时却位于中间，如独轮车就是这样。有经验的人装货时总是尽可能地把货物的重心靠近轮轴，手握车把的地方尽可能地靠后，推起来才比较省力，这都符合杠杆原理。
在人体中，也有一些骨胳在肌肉拉力作用下，克服一定的阻力，围绕关节轴转动，这和杠杆的功能一样，叫做骨杠杆转动。
在人的上臂，有一块隆起的肌肉，它收缩时以拉力转动，使重量的物体举高。当节轴为矩使臂逆时针转动的力大于使臂顺时时，臂顺时针转动，重物时，则臂逆时针转动，将重物托着上升。小于重力矩，所以肌力应该下降。因为肌力臂小于阻力臂，肌肉拉力大于物体的重力，所以，重物被举起。
有一次，阿基米德与叙拉古国王亥尼洛辩论时，脱口而出，“只要利用机械，任何重的物体都能够移动。如果在地球外能找到一个支点，给我一根足够长而坚固的杠杆，就是恁大的地球，我也能把它挪动一下。”亥尼洛王听后，觉得不可思议。恰好亥尼洛王正在设法把新造成的一艘三桅货船从造船台上拉到海里去。他召集了叙拉古城的所有男子，仍没有把船拖下海去。于是，亥尼洛王问阿基米德，“你是否能将这艘三桅货船弄到海里，”“当然能”，他回答。
一天，阿基米德漫步在海滩上，看着那环绕在海螺壳上面的一圈一圈的螺纹，他眼前一亮，思想顿开，“螺旋不是把斜面延长了吗？”他设计了一个“阿基米德螺旋”。螺旋固定在船坞上，其一端带柄，另一端系一绳索，绕过连结三桅货船的滑轮，而再牢固地绑在大树桩上。一切安排妥当后，他请来了亥尼洛王，独自一人神色自若地摇动螺旋轴上的手柄，使栓在船上的绳越来越短，那艘巨大的新船也就稳稳当当地从造船台上滑了下来，缓缓地进入大海，使亥尼洛王惊叹不已。
在亥尼洛王统治时期，叙拉古王国虽然太平昌盛，但它的周围却连年峰火。为了保卫祖国，国王请阿基米德制造了许多城防武器。在阿基米德73岁那年，强大的罗马军队果然从海陆两路同时向叙拉古大举进攻，锐不可当，迅速包围了叙拉古城。
“投石器”和“长嘴巴”吊钩都是阿基米德利用杠杆原理和弹性制造的城防武器。罗马统帅者万万没有料到能遇到这样的神兵天将和这样的可怕武器，罗马大军原来宣称五天要攻下城堡，结果围城三年而未敢进袭一次。
阿基米德曾经宣称，“只要给我一个支点，我就能挪动地球”。
单从道理上分析，阿基米德的话并没有什么错。但是通过计算就发现阿基米德的话是言过其实的了。
阿基米德是聪明的，他知道要想举起地球，必须有一个不在地球上的支点，而且他本人也必须在地球之外。
这只奇长的杠杆到哪里去找呢？若假设阿基米德找到了那只杠杆，并且也找到了一个支点。如果把地球挪动1厘米，在动力那端就必须在空中划一个大弧，即使阿基米德昼夜兼程以每秒走动1米的速度，也要走30万亿年。如果阿基米德还活着，听到这个计算后，也一定会目瞪口呆的。
阿基米德为了挪动地球一厘米，就得以30万亿年走过的距离来传递功。人的动力对杠杆做了多少米的路程才行。虽然用不大的力完成了工作，省了力，可是花费的时间太长了，动力走过的路程也太长了。动力若变化，路程也要变化。但变来变去，有一个不变的量，就是力和沿力方向的路程的乘积的功，杠杆才能克服地球阻力同样做了多少功，所以杠杆本身并不能独立做功，只能传递功罢了。
除了杠杆，一切其他的机械都不能做功，只能传递功。阿基米德的后继者所做的功，一定等于机械克服阻力所做的功，也就是说，使用任何机械都不能省功。这个结论叫做功的原理，是机械的基本原理。
经过杠杆对于功的传递，人就可以用很小的力量克服较大的阻力，节省时间。例如，阿基米德手攥螺杆的手柄，用力一摇，那艘大船竟会移动起来。带手柄的螺杆为什么会产生出那么大的力量呢？实际上，这只带手柄的螺杆是由轮轴和斜面组合而成的。
 
苹果砸出来的万有引力
在丰收的苹果园里，压弯了枝头的苹果个个满面红光惹人喜爱。说不定什么时候，熟透了的某一只苹果便会纵身一跳，从树枝落向地面，寻求它的安身生息之地。苹果落向地面，这是极为平常的事情，但就在这平常的事情中却包含着科学的奥秘。
作为一名科学家，牛顿最初非常注意那皓洁的明月。当时他已经知道月亮是绕地球运转的，同时也知道月亮绕地球一周所需要的时间，知道月亮到地球之间的距离。根据这些数据，可以计算出月亮运动的加速度。他想，月亮所具有的这个加速度应该是受到某种力的作用。但是，受到什么力的作用呢？这个问题使他百思不得其解。
某一天，牛顿躺在苹果树下正在沉思时，一颗熟透了的苹果突然从枝头上掉落下来，这个苹果开启了他想象的翅膀。从这个现象中，他得到了启发，产生了这样一种观念：苹果与其他万物之所以落向地面，是因为地球对它们有吸引力的缘故。当时他想，月亮虽然与地球相隔38万千米之遥，仍然受到地球对苹果那样的吸引力，从而产生加速度，可月亮的加速度比起苹果落地的加速度却小很多，这是为什么呢？如果苹果与月亮是受同种力作用的话，那么这种力就应该与距离有关。
想象的翅膀又把牛顿带到了星际空间，行星绕太阳运转，必然也有加速度，这个加速度是不是太阳对行星有吸引力的结果呢？而太阳对行星的这种吸引力，可能是与地球对苹果等物体的吸引力是同一种性质的力。
他从开普勒三定律出发，应用数学作为推算的工具，终于有了重大的发现。他肯定了地球对其他物体（包括月亮）的吸引力与太阳对行星的吸引力是同一种性质的力，而且这种吸引力存在于万物之间，所以称之为万有引力。他指出，万有引力与物体的质量、距离三者之间有如下的关系：两个物体之间的引力与它们各自的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这就是著名的万有引力定律。
按照万有引力定律，物体的质量越大吸引其他物体的力就越强；离这个物体越远，受这个物体的引力就越弱。在太阳系这个大家族中，所有行星和小天体的质量统统加到一起，还不及太阳质量的1/700，这说明太阳的引力最强，这就使得太阳系中所有的行星都以太阳为中心旋转。牛顿的万有引力定律可以用来圆满地解释开普勒关于行星运动的三个定律，这一定论终于使人们明白了，无论是天体的运行或地面物体落地都受同样规律的支配。
更为有趣的是，用万有引力定律还准确地预见过尚未被发现的行星存在。19世纪40年代，当时人们知道离太阳最远的行星是天王星。天文学者在观测中发现，天王星在绕太阳运行的过程中，存在着偏离椭圆轨道的微小偏差。这是怎么回事呢？
英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒维烈利用万有引力定律，先后于1842年和1846年各自预言过，这个偏差是因为天王星之外还存在有一个行星的缘故。勒维烈利用万有引力定律精确地计算出这颗未知的行星将于何日何时在什么方位出现，并将这个预言告诉了柏林天文台，柏林天文台收到勒维烈来信的当天晚上，便在勒维烈所预言的方位上找到了这颗新的行星，人们将它命名为海王星。
后来又发生了类似的过程，1913年人们又发现了一颗比海王星更远的行星——冥王星。这些发现，使万有引力定律经受了实际的考验，使人们确信万有引力的存在。至此，太阳系这个家族的成员中又增加了两大行星的名字，总共有九大行星，按照与太阳距离的顺序排列是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。
既然一切物体之间存在万有引力，那为什么看不到两张桌子、两支铅笔吸引到一起呢？原来，地球的质量有60万亿亿吨，而桌子、铅笔……等物体的质量比起地球这个庞然大物来说是微不足道的。
根据万有引力定律知道，吸引力的大小与质量成正比，因此，地球上的其他物体不能互相吸引到一起，而地球的强大吸引力，却像一张无形的“天罗地网”，把所有的物体都牢牢地抓住，脱离枝头的苹果、扔出去的石块、从炮口飞出去的炮弹，都逃不脱地球的强大引力，最终还得落回地面。这就是说，物体落向地面并不是因为地球是宇宙中心，而是地球对这些物体存在万有引力的缘故。
曹冲称象的力学原理
东汉末年，吴国孙权送给曹操一只大象，曹操十分高兴。大象运到许昌那天，曹操带领文武百官和小儿子曹冲一同去观看。那时既没有动物园也没有电影，所以东汉朝廷中的文武官员从来没见过这种来自热带的庞然大物，因此十分惊奇。曹操也是如此。出于好奇心，曹操很想知道这么大的一只大象到底有多重。
那时称重量用的是杆秤，要用它来称这么一只大象的重量简直不可思议。怎么办呢？曹操请他手下的谋士想办法，又请教了一位有学问的老人，但还是没有找到一个行之有效的办法来。
大臣们也想了许多办法，一个个都行不通。正当大家苦于没有办法的时候，曹冲走到父亲跟前说：“爸爸，我有个法儿，可以称大象。”
曹操一看是最心爱的儿子曹冲，就笑着说：“你倒说说，看有没有道理。”
曹冲把办法说了，曹操听后连连叫好，吩咐左右立刻准备称象，然后对大臣们说：“走！到河边看称象去！”
听说曹冲能称出象的重量，文武百官十分惊奇，都想知道曹冲到底用什么办法来称这只庞大动物的重量的。
只见曹冲把大象赶到河边，河里停着一只大船，曹冲叫人把象牵到船上，等大象站稳之后，他便在船舷上齐水面的地方刻了一条道道。再叫人把象牵到岸上来，把大大小小的石头一块一块地往船上装，船身一点儿一点儿往下沉，等船身沉到刚才刻的那条道道和水面一样齐了，曹冲叫人停止装石头。
大臣们睁大了眼睛，开始还摸不清是怎么回事，看到这里不由得连声称赞：“好办法！”现在只要把装在船头上的石头一筐一筐地用杆秤称出来，相加以后所得到的石头重量就等于大象的重量。
站在岸上观看的人无不称赞曹冲的智慧。曹操自然更加高兴，他眯起眼睛看着儿子，又得意洋洋地望望大臣们，好像在说：“你们还不如我这个小儿子聪明呢！”
现在的轮船上都画有吃水线，用它表明这艘轮船所能载重的最大限度。轮船装载货物时，只要观察水面距吃水线的高度，就可以判断所装货物的重量离最大载重限度的多少。这个方法与曹冲称象的方法有些类似，曹冲称象的方法是一种“化整为零”方法。
 
怀丙巧捞铁牛
北宋时期（960～1127年），山西河中府的黄河上有一座浮桥，这座桥是用四根大铁链把许多小船串连起来，再在铁链上架上木板搭成的。在浮桥两边的河岸上，各有四头大铁牛，每头都有几千千克重，把每根铁链的一头紧紧地拴在铁牛的身上起固定作用，这样建造的浮桥既牢固又稳当。
一年夏天，黄河河水暴涨把浮桥冲断了，岸上的大铁牛也被拖到了水底下，使浮桥两边的人们过不了河，纷纷要求官府把浮桥修好，可是要修好这座浮桥并不是件容易的事，仅拴浮桥的铁牛就每头有几千千克重，一下子不能铸造得出来，于是决定把原来的铁牛从水底下捞上来。可是黄河水又深又急，铁牛又那么重，怎么个捞法呢？官府贴了一张告示，要大家一起来出谋划策。
一个和尚说：“我来试试看，铁牛是被水冲走的，我还叫水把它们送回来”。和尚先请熟悉水性的人潜到水底，摸清了铁牛沉没的地方，让人准备两只大木船，船舱里装满泥沙行驶到铁牛沉没的地方。船停稳后，他叫人把两只船并排拴得紧紧的，用结实的木料反搭个架子，跨在两只船上。又请熟悉水性的人带了很粗的绳子潜到水底，把绳子的一头牢牢地拴住铁牛，另一头绑在两只大船之间的架子上。
准备就绪后，和尚请水手们一起动手，把船上的泥沙都铲到黄河里去。船里的泥沙慢慢地少了，船身开始慢慢地向上浮，拉住铁牛的绳子越绷越紧，靠着水把船向上托的浮力，铁牛从淤泥里一点一点地向上被拔出来。船上的泥沙搬空了，铁牛也离开了河底。和尚让水手使劲划桨，两只大船终于把水里的铁牛拖回到岸边。随后同样的办法把另外几只大铁牛都拖了回来。
这个巧劳铁牛和尚就是怀丙。
现代打捞沉船也是利用浮力，方法是派潜水员下潜到沉船地点清理现场，给沉船拴上许多软浮筒，充气胀大后产生浮力，将沉船拉上水面；最后用拖船将沉船拉回来。这与怀丙和尚打捞铁牛是异曲同工！
文彦博巧取球
宋朝时有个小孩名叫文彦博，非常聪明伶俐，遇事爱动脑筋，想办法，出主意，非常讨小朋友们喜欢。一天，文彦博和几个小朋友兴致勃勃地在庭院里玩小木球，圆圆的小木球被小伙伴们踢来踢去，突然间不知被谁一脚踢进了一棵大树的树洞里。小朋友们着急了，他们围到树洞的跟前用手掏，可是树洞太深摸不到球；小伙伴们手忙脚乱了一阵，无法拿出那只淘气的小木球。
这时，文彦博盯着这个令人扫兴的大树洞认真地想着办法。一会儿，对伙伴们说了声：“跟我来。”就向家里跑去。伙们们跟文彦博从家里取来一只大水桶，用它从井里汲了满满一桶水，大家轮流抬着这桶水来到大树前，对准大树洞将水倒了进去，一桶水倒光之后小木球也浮上来了。
文彦博取球的方法就是巧妙地利用了浮力。小木球的比重比水轻，根据阿基米德定律，它浸在水中所受的浮力等于它排开水的重量，如果小木球完全浸没于水中，那么它所排开的水的体积就和小木球的体积相等，而水的比重比小木球的比重大，因此水的浮力就比小木球的重量大，这样小木球就会向上浮，当然就能够取到小木球了。
木头的比重比水小，这种材料的球能够浮在水面上，是不是比重比水大的物质就绝不可能浮在水面上呢？只要将比重大于水的材料做成空心的形状，就可以使它浮在水面上！比如一块钢板放在水中要沉入水底，但将这块钢板做成盒子就能浮在水面上了。
因为钢板做成了盒子重量是不变的，但中间是空的了，钢板所围的空间增大，盒子排开水的体积比钢板排开水的体积要大多了，盒子受到的浮力当然比钢板受到的浮力大，当浮力超过这个钢盒子的重量时，钢盒子便浮在水上了，航行在海面上的轮船都是用钢板制成的，正是根据这个道理。
钉山是怎样打石的
钉山打石，又叫胸前开石，它是我国杂技艺术中的一项“硬功”。
表演场上，灯光明亮，鸦雀无声，一个十一二岁的小女孩在绕场“运气”后她走到场中心，一个亮相，用布塞住嘴，将脖子用布条扎紧，然后躺在垫子上，身上盖一条垫子，两个彪形大汉抬来一个大石碾盘，压在小姑娘身上。
四个大汉各抡一柄大锤，轮番捶击碾盘，盘碎人出，小演员微笑着向观众招手，场上掌声雷动，这就是钉山打石。若压在碾盘下的是一彪形大汉，则大汉光着上身，躺在铁钉朝上的“钉山”上，上压碾盘，还要经得住彪形大汉们的轮番捶击直至盘碎，可谓惊心动魄！
演出的高潮当然是在四个大汉轮番捶击碾盘的那一刻，随着捶击声声，观众的心也一阵紧似一阵，大家都为千斤碾盘下的小演员捏一把汗。其实，担心是多余的。四个大汉捶击的是碾盘而不是小演员，而对小演员来说，捶击造成的威胁相当微小。
碾盘是相当沉的，几乎接近千斤，锤子的重量是碾盘重量的几百分之一，当锤子猛击碾盘，在力学中叫碰撞。假如锤子的重量是碾盘重量的1/400，锤子猛击碾盘一刹那的速度是相当大的，但碾盘产生的向下速度仅是锤子速度的1/200，可以说接近于零，而且碾盘越大越重，捶击造成对小演员的威胁就越小。
四个大汉轮番猛击碾盘，对小演员来说无损毫毛。猛击碾盘时如此大的动作能量（在力学中叫动能）哪里去了呢？原来，这动能都消耗在打碎碾盘上了。大碾盘由石料制成，石料是脆性材料，经不起捶击，于是敲它十下八下的也就碎了。这里既有运用气功承受碾盘压力和经得住钉山之苦的真功夫，又有应用力学。
石块投入水中之后，水面升了还是降了
在一次科学会议上，有人向伽莫夫博士、原子弹之父奥本海默和诺贝尔奖金获得者布洛赫三位物理学家提出这样一个问题：一只装有石块的船浮在游泳池里，船上的人将石块抛入水中，池中水面的高度是升了还是降了？三位大物理学家由于都没有仔细考虑，结果全说升了，全部回答错误。
这个问题初看很简单，其实却是相当复杂的。石块被投入水中后，将侵占原来被水所占据的空间而使池中水面上升；但船却因载重减小而向上浮起，从而使池中的水面下降，这里既有使水面上升的因素，又有使水面下降的因素，因此，对这个问题不作仔细的分析就不能得到正确的答案。
当石块装在船上时，船、人、石受到的总浮力等于船、人、石所受的重力；当石块投入水中后，船、人、石受到的总浮力等于船与人所受的重力与与石块同体积的水所受的重力之和。
因为石块所受的重力比同体积的水所承受的重力大，所以当石块被投入水中后，船、人、石受到的总浮力小于石块在船上的总浮力。
大家知道，浸在流体中的物体受到向上的浮力，其大小等于物体所排开流体所受的重力，这就是阿基米德定律，现在把它运用到我们的问题中来。总浮力较小，被排开的水的体积就较小，池中水面就较低。因此得出的结论是：船上的人把石块投入水中后，池中水面的高度将降低。
 
  “火箭坐椅”和火箭上天　
火箭揭开了宇宙航行的序幕，成为人类通向太空的天梯。
在我国每逢春节或重大的喜庆日子里，无论是城乡还是僻野，孩子们最喜欢放爆竹、点“起火”，“起火”实际上就是一枚原始火箭。
传说明朝初年，有一位将军春节时去看焰火，当他看到“起火”可以喷气上天时，顿时异想天开：如果把“起火”做得大一点，火药装得多一些，靠它的力量不是可以把人带上天去吗？于是他便纠合人马，为他赶制了47个大“起火”，绑在一把太师椅上，他坐在椅子上，让他的部下点燃“起火”，企图由此升天一游。
可惜事与愿违，坐椅刚一升起就来了个倒栽葱，摔得他鼻青脸肿。这位将军所以遭此没趣，是因为他不懂得要使物体垂直上升，必须要使物体重力的合力与升力的合力位于同一条直线上的科学道理。
尝试尽管失败了，但它和今天人们用来飞出地球的火箭其道理是一样的。
“起火”在向后喷出一股烟火的同时，它本身却往前窜，这叫做反冲。
有人以为火箭之所以会飞上天，是由于利用它里面燃烧的火药气体去推开空气，依靠空气的反作用才前进的。其实，这种认识并不正确，火箭前进是反冲运动的结果。火箭原来静止不动，点火以后箭筒里的燃料迅速燃烧，产生大量气体以很高的速度向后喷去。这就如同当你从平静的湖面上乘船靠岸时，要上岸就要站在船边上向后猛蹬，人才能跳向岸边，船却远远离开了岸边。火箭上天就是靠喷出的气体对火箭的作用推动的。
司马光砸缸
司马光出生于宋真宗天禧三年（1019年11月17日），当时，他的父亲司马池正担任光州光山县令，于是便给他取名“光”。司马光家世代官宦，其父司马池后来官至兵部郎中、天章阁待制，一直以清廉仁厚享有盛誉。
司马光深受其父影响，自幼便聪敏好学。据史书记载，司马光非常喜欢读《左传》，常常“手不释书，至不知饥渴寒暑”。7岁时，他便能够熟练地背诵《左传》，并且能把二百多年的历史梗概讲述得清清楚楚，可见他自幼便对历史怀有十分浓厚的兴趣。
此外，有一件事使小司马光闻名满九州，这就是流传至今“司马光砸缸”的故事。
有一次，司马光跟小伙伴们在后院里玩耍。院子里有一口大水缸，有个小孩爬到缸沿上玩，一不小心，掉到缸里。缸大水深，眼看那孩子快要没顶了。别的孩子们一见出了事，吓得边哭边喊，跑到外面向大人求救。
司马光却急中生智，从地上捡起一块大石头，使劲向水缸砸去，“砰！”水缸破了，缸里的水流了出来，被淹在水里的小孩也得救了。小小的司马光遇事沉着冷静，从小就是一副小大人模样。这就是流传至今“司马光砸缸”的故事。这件偶然的事件使小司马光出了名，东京和洛阳有人把这件事画成图画，广泛流传。
司马光砸缸的原理就是地球引力使水往低处流，水流出之后，人就得救了。
裁判员巧判胜负
有这样一个故事，甲乙两人在火车上比赛掷铁球，丙做裁判。火车尚未开动时，他们比赛了几次，但每次都掷得一样远，不分胜负，可是谁也不服对方。
火车开动并且作匀速直线运动时，两人出于各自的想法，都要求再比一次。于是甲站在车头一方向车尾方向投掷，乙站在车尾一方向车头方向投掷。结果两人掷的距离和车在静止时一样远，仍然分不出胜负。
这时两人更加不服气了，甲说，乙由车尾向车头方向投掷，沾了惯性运动的光，理由是乙掷出球以后，球除被乙投于空中的速度外，还有球本身原有的向车头飞行的惯性运动速度使球速增加了而乙又说甲沾了车在运动的光。理由是，当甲将球掷向车尾以后，球在空中运动的瞬间，甲也随着车与球作反向运动，所以甲掷球的速度除甲给以的车速外，还有球的惯性运动给以的速度。
裁判员丙听了甲乙的议论，略加沉思之后说，你俩说的都有道理，又都是片面的，甲只强调了球的惯性运动，而漏掉了车的运动，乙只强调了车的运动，却漏掉了惯性运动。
根据伽利略的相对性原理，当乙由车尾向车头投出球后，除乙掷球的速度而远离球体，两者合起向前运动，同时车亦有速度来，正好相互抵消，和在静止时投球的速度一样。
虽然由于由车头向车尾掷出的铁球，除甲掷外，还有一个迎着球而来的车速减去，但同时由于球本身的惯性运动也使两者正好相互抵消，其速度仍然和静止时于车的速度是球增加了速度一样。因此，无论车是停止着还是行进着，你俩投出的球速度都是一样。
气球的传奇
很久以前的人们只能在地面上进行各种活动，他们羡慕飞鸟能在蔚蓝的天空中飞翔，阅尽人间春色。为此人们做出了各种设想，有的制作了大的“羽翼”，但只能靠它滑翔，要“飞”上高空是不行的。
有的人想到了升腾的热空气，认为用一只口袋将热空气收集起来，这个热气口袋就能随热气升起来，如果将口袋做得足够大，下面系住篮子，人站在上面，人就能跟着热气口袋上升，翱翔于蓝天之下，与鸟比翼齐飞了，有了设想，聪明的人们就开始将它变为现实。
大约200年前，法国的一个小村庄里，住着两位富于幻想和勇于实践的弟兄，他们是若瑟夫·蒙特哥菲尔和埃青·蒙特哥菲尔。他们用纸制做了一个直径大约10米的大口袋，准备用它做热气球并让它上天。6月的一天，他们发出了公开表演的布告。
在当时，这是很新鲜和不可想象的事情，公开表演的那天，小村周围十几千米的人们一早就起来赶路，涌向这并不出名的村庄。在村庄的一块空地上，正烧着一堆半湿不干的破布和稻草，在燃烧的火焰上方，有一个被绳子绑着的巨大纸袋。
很快纸袋中充进了热空气，而且热气越来越多，直到这个热气球需要8个人才能将它拽住时，将绑气球的绳子割断，热气球腾空而起，参观的人群欢呼雀跃。气球升至数百米的空中后，随着里面热气的冷却，气球逐渐降落了。
由于微风的影响，这个气球落到了离它升起处约1千米的地方。这个实验引起了各方面的注意，消息很快传到了国王那里。国王下令让蒙特哥菲尔兄弟在他面前重复这个表演。按照这个旨意，蒙特哥菲尔哥俩于当年的9月19日，在巴黎的凡尔赛宫国王的花园里又升起了一个热气球。
比起第一次来，