作者：李异鸣
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世纪经典科普名著系列(趣味物理学+趣味力学+趣味物理学续编)套装共三册试读：
总目录
CONTENTS趣味物理学续编
关于本书（自序）
第一章 力学的基本定律
最便宜的旅行方法
“地球，停止转动！”
从飞机上送信
投弹
直达的铁路
一条难懂的定律
大力士斯维雅托哥尔是怎样死的？
没有支撑的物体可以运动吗？
为什么火箭会飞？
乌贼是怎样运动的？
乘火箭到星球上
第二章 力·功·摩擦
天鹅、龙虾和狗鱼的问题
和克雷洛夫的看法相反
帆船逆风行驶
结打得牢固取决于什么？
假如没有摩擦
“切留斯金”号失事的物理原因
自动平衡的木棒
第三章 圆周运动
旋转的陀螺为什么不倒？
哥伦布问题的新解决
重量“消失”了
假如你是伽利略
我和你之间的争论
我们争论结束了
液体望远镜
“魔环”
重量的缺少
第四章 万有引力
引力大不大？
从地球到太阳的钢索
可不可以摆脱万有引力？
威尔斯小说里面的主角是怎样飞上月球的？
月球上的半小时
在月球上面射击
无底洞
童话里的道路
怎样挖掘隧道？
第五章 乘着炮弹旅行
牛顿山
幻想的大炮
沉重的帽子
怎么样减轻震动？
你想自己来算一下吗？
第六章 液体和气体的性质
淹不死人的海
破冰船是怎样工作的？
船会下沉到哪里？
怎么实现儒勒·凡尔纳和威尔斯的梦想？
“萨特阔”号是怎样升起来的？
谁想出了单词“天然气”和“大气”？
水槽问题
奇异的容器
新款的希罗喷泉
欺骗人的容器
水在底朝上的杯子里面有多重？
轮船为什么会相互吸引？
鱼鳔是干什么用的？
波浪和旋风
在地球的中心旅行
在深矿井里
第七章 热现象
扇子
为什么在有风的情况下更冷？
沙漠的热风
面纱能不能保暖？
冷水瓶
不用冰的“冰箱”
我们能承受住多高的热？
煤油灯上的玻璃罩是做什么用的？
为什么火焰自己不会熄灭？
儒勒·凡尔纳小说里漏写的一章
在没有重量的厨房里做早餐
为什么水能浇灭火？
怎样用火来扑灭火？
能不能用沸水把水烧开？
可不可以用雪来烧沸水？
“气压计汤”
沸水永远是烫的吗？
烫手的冰
用煤来制冷
第八章 磁·电
“慈石”
有关指南针的问题
巨大的电磁铁
磁力魔术
电磁铁在农业上的用途
磁力飞机
“磁悬浮”现象
电磁运输器
火星人与地球人的交战
表和磁
博物馆问题
还有一个想象的永动机
近似永动机
在闪电下
闪电值多少钱？
第九章 光的反射和折射·视觉
五像照片
隐身帽
隐形人
隐身人的力量
透明标本
隐身人能看见别人吗？
保护色
自卫色
潜水员是怎样看东西的？
透镜在水底下
深水里的颜色
我们眼睛里的盲点
天体的视觉大小
天蛾
为什么显微镜能够放大？
视觉错觉
服装和错觉
奇特的车轮
技术上的“时间显微镜”
尼普科夫圆盘
为什么在黑暗中所有的猫都是灰色的？
第十章 声音·波动
声音和无线电波
声音和枪弹
如果声音的速度减小……
最漫长的谈话
最快的路线
鼓形电报
声云和空气回声
听不见的声音
小人国居民的声音和格列佛的声音
谁可以收到两天的日报？
火车上的汽笛问题
多普勒现象
用声音的速度行驶
编者的话
本书中的物理学单位一览表
趣味物理学
趣味力学返回总
目录
趣味物理学续编目录CONTENTS关于本书（自序）
第一章 力学的基本定律
最便宜的旅行方法“地球，停止转动！”
从飞机上送信
投弹
直达的铁路
一条难懂的定律
大力士斯维雅托哥尔是怎样死的？
没有支撑的物体可以运动吗？
为什么火箭会飞？
乌贼是怎样运动的？
乘火箭到星球上
第二章 力·功·摩擦
天鹅、龙虾和狗鱼的问题
和克雷洛夫的看法相反
帆船逆风行驶
结打得牢固取决于什么？
假如没有摩擦“切留斯金”号失事的物理原因
自动平衡的木棒
第三章 圆周运动
旋转的陀螺为什么不倒？
哥伦布问题的新解决
重量“消失”了
假如你是伽利略
我和你之间的争论
我们争论结束了
液体望远镜“魔环”
重量的缺少
第四章 万有引力
引力大不大？
从地球到太阳的钢索
可不可以摆脱万有引力？
威尔斯小说里面的主角是怎样飞上月球的？
月球上的半小时
在月球上面射击
无底洞
童话里的道路
怎样挖掘隧道？
第五章 乘着炮弹旅行
牛顿山
幻想的大炮
沉重的帽子
怎么样减轻震动？
你想自己来算一下吗？
第六章 液体和气体的性质
淹不死人的海
破冰船是怎样工作的？
船会下沉到哪里？
怎么实现儒勒·凡尔纳和威尔斯的梦想？“萨特阔”号是怎样升起来的？
谁想出了单词“天然气”和“大气”？
水槽问题
奇异的容器
新款的希罗喷泉
欺骗人的容器
水在底朝上的杯子里面有多重？
轮船为什么会相互吸引？
鱼鳔是干什么用的？
波浪和旋风
在地球的中心旅行
在深矿井里
第七章 热现象
扇子
为什么在有风的情况下更冷？
沙漠的热风
面纱能不能保暖？
冷水瓶
不用冰的“冰箱”
我们能承受住多高的热？
煤油灯上的玻璃罩是做什么用的？
为什么火焰自己不会熄灭？
儒勒·凡尔纳小说里漏写的一章
在没有重量的厨房里做早餐
为什么水能浇灭火？
怎样用火来扑灭火？
能不能用沸水把水烧开？
可不可以用雪来烧沸水？“气压计汤”
沸水永远是烫的吗？
烫手的冰
用煤来制冷
第八章 磁·电
“慈石”
有关指南针的问题
巨大的电磁铁
磁力魔术
电磁铁在农业上的用途
磁力飞机“磁悬浮”现象
电磁运输器
火星人与地球人的交战
表和磁
博物馆问题
还有一个想象的永动机
近似永动机
在闪电下
闪电值多少钱？
第九章 光的反射和折射·视觉
五像照片
隐身帽
隐形人
隐身人的力量
透明标本
隐身人能看见别人吗？
保护色
自卫色
潜水员是怎样看东西的？
透镜在水底下
深水里的颜色
我们眼睛里的盲点
天体的视觉大小
天蛾
为什么显微镜能够放大？
视觉错觉
服装和错觉
奇特的车轮
技术上的“时间显微镜”
尼普科夫圆盘
为什么在黑暗中所有的猫都是灰色的？
第十章 声音·波动
声音和无线电波
声音和枪弹
如果声音的速度减小……
最漫长的谈话
最快的路线
鼓形电报
声云和空气回声
听不见的声音
小人国居民的声音和格列佛的声音
谁可以收到两天的日报？
火车上的汽笛问题
多普勒现象
用声音的速度行驶
编者的话
本书中的物理学单位一览表返回总目录关于本书（自序）
这是一本独立的书，不是第一本书《趣味物理学》的直接续编。第一本的好评，让我整理剩下的资料，编成了这第二本书，或者更准确地说，这是另外一本包括物理内容的书。
但这本书里也像第一本书一样，与其说是要力求读者知道一些新的知识，不如说是要使读者灵活地运用一些已经知道的最简单的物理学知识。本书目的是要激发读者的想象力，习惯用物理学的精神来思考问题和培养多方面运用学到的知识的习惯。所以在《趣味物理学续编》里，让有效的实验说明退居到次要的位置；而把物理学上的难题、有趣的发现、启发性的怪现象、错综复杂的问题，以及突如其来的物理现象对比放在第一位。这些材料是从日常生活、技术领域、大自然中、科幻小说里面收集而来的——一句话说就是从课本以外和物理办公以外的所有地方收集资料，为了能够吸引读者的注意力。
在这本书的一些文章里，运用了计算资料以引起读者对物理算术的兴趣（这些在第一本书中几乎什么也没写）。一般来说本书搭配的这些资料更多的是供有基础的读者使用的，同第一本《趣味物理学》比较而言，两本书之间在这方面的区别不大，不用连起来阅读，可以独立地随便先阅读哪一本。没有第三本《趣味物理学》。为此编写了下列书籍替代它：《趣味力学》、《你们知道物理学吗》，此外，还有一本独立的书，是有关天文学问题的：《趣味天文学》。雅·伊·别莱利曼一九三六年第一章力学的基本定律最便宜的旅行方法
17世纪，法国有一位高明的作家西拉诺·德·别尔热拉克，在他的讽刺小说《月球史话》里，顺便说了一下在他自己身上发生的不寻常的事。有一次他在做物理实验的时候，竟和自己的小玻璃瓶一起升到了空中。过了几小时，他才成功地降落到地面上，令人惊讶的是，他已经不在自己的出生地法兰西了，甚至也不在欧洲的其他地方，而是不知不觉地来到了北美洲的加拿大！法国作家意外地飞过了大西洋的上空，但是这一切发生得十分自然。他解释说，当一个旅行家不由自主地离开地球表面的时候，我们的地球仍像以往一样自西向东旋转。这就是为什么当他落下的时候，他的脚下已经不是法兰西，而是美洲大陆了。
看来，这是多么便宜而且简单的一种旅行方法啊！只要升到地球上空，哪怕在空中只保持几分种，就可以降落到西方很远的地方。不用跨过大陆、越过海洋地去作疲劳的旅行，只要悬在地球上空静止不动，等待着它自己把目的地送到旅行者的脚下来。
可惜的是，这种异常的方法——不过是一种幻想。首先，升到空中，本质上是没有脱离地球的：我们只是停留在与地球一起转动的大气层里。空气（确切地说，尤其是密实的下层空气）携带着里面的一切：云、飞机、各种飞鸟和昆虫等，跟随地球一起转动。如果空气没有参加地球转动，那么，我们停在地球上空，经常会感受到大风，这种风十分强烈，就是最可怕的飓风1与它相比也只能算是柔和的微风。要知道：我们站在原地，而风经过我们；或者相反，风不动，我们走到风中，在这两种情况下，我们感到同样强烈的风。摩托车手以每小时100千米的速度行驶，甚至在完全没有风的天气里，也会感到迎面而来的大风。
这是第一。其次，如果我们能够升到大气的最高层，或者如果地球没有空气围绕，那时我们就无法使用法国讽刺作家幻想的便宜的旅行方法了。事实上，离开转动的地球表面，因为惯性的影响，我们还是会继续按照以前的速度运动着；也就是说，还是以脚下地球转动的速度运动着。当我们重新落下来的时候，我们还是会降落在原来出发的地方，就像我们在跑得飞快的火车里面向上跳，仍旧落在原来的位置上一样。真理就是，我们将根据惯性沿着切线作直线运动，而我们脚下的地球却作着弧线运动；但是在极短的时间里，这是不会有什么关系的。“地球，停止转动！”
著名的英国作家赫伯特·乔治·威尔斯有一篇幻想小说是写某一位办事员怎样创造奇迹的。这个非常不聪明的年轻人名叫福铁林，生来拥有一种令人诧异的本领，不管他说出什么愿望来，这个愿望就会立刻实现。但是这种奇特的本领除了给他本人和别人带来不愉快以外，却什么好处也没有。读一下这个故事的结尾，对我们是有教育意义的。
在一次很长时间的晚宴结束以后，这位奇异的办事员担心回家的时候天已经亮了，打算用自己的天赋才能让夜晚延长一下。该怎么办呢？要向天空的星球作出指示，暂时停止自己的运动。这位办事员没有立刻决定做这个不寻常的举动，并且当他的朋友建议他让月球停止运行时，他认真地看了看月亮，陷入了沉思：“我觉得它离我们太远了……你是怎么看的？”
他的朋友美迪格却竭力劝他：“但为什么不试一试呢？月球当然是不会停止运行的，你只是停止了地球的转动，我想这不会对任何人有害处吧！”“唔，”福铁林说，“好吧，我试试……”
于是他就摆出命令的架势，向全世界伸出双手并郑重地宣布：“地球，停下来！停止——转动！”他还没来得及说完这句话，他的朋友已经用一分钟几十英里的速度飞到空中去了。
尽管如此，他还能继续思考。不到一秒钟，他就想出了一个关于自己的愿望：“不管发生什么事情，得让我活下来，太平无事才好！”
不可否认的是，这个愿望说得很及时。几秒钟之后，他就掉在一个好像发生过爆炸的土地上面，而他的周围，石块、建筑物的碎片、各种金属制品快速飞过，幸好没有给他带来任何伤害；飞过去一头不幸的牛，撞到地面上粉身碎骨。风用惊人的力量呼啸着。他甚至都不能抬头环顾周围的一切。
他用断断续续的声音呼喊着：“莫名其妙，到底发生什么事情了？怎么会发起暴风来了呢？我应该什么也没做啊！”
他在狂风里透过随风飘动着的衣襟缝隙尽力向四周望了望以后，继续说道：“天上好像一切正常。月亮还在原处。可是其他的一切……城市哪里去了？房屋和街道哪里去了？风是从哪里来的？我并没有呼唤风啊！”
福铁林试着站起来，但是这好像完全不可能了，因此他就用双手抓住石头和土堆四肢着地地向前爬。走吧，不过已经没有地方可去了，因为他从被风吹得蒙在头上的衣襟缝中向外看，周围的一切已经是一片废墟。“宇宙间一定有什么遭到了严重破坏，”他想，“而究竟是什么呢？却一点也不清楚。”
确实什么都毁了。房屋没了，树木没了，一切生物都没有了——什么都看不到了。只有乱七八糟的废墟和各种各样的碎片散落在他附近，在狂风卷起的尘土中勉强能看清它们的轮廓。
这个祸首当然一点儿也不明白原因在哪里。其实这件事情的解释却很简单。让地球立刻停了下来，福铁林没有考虑到还有惯性作用，惯性作用在圆周运动突然停止时，不可避免地要把位于地球上的一切抛出去。这就是为什么房屋、人、树木、动物——几乎一切跟地球本身有着斩不断的联系的东西，都会沿着它表面的一条切线用枪弹般的速度飞出去。随后一切又重新落到地面上，被撞得粉碎。
福铁林明白他造成的奇迹并不是特别成功。所以，他对各种奇迹产生了很深的厌恶，并且自己下决心不再创造奇迹了。但是在这之前需要把已经造成的灾难补救一下。这场灾难可真不小啊！狂风凶猛起来了，尘土像云一样遮住了月亮，远处隐约可以听见洪水临近的声音；福铁林在闪电的光照下，看见了一堵水墙，正用可怕的速度向他躺着的地方冲过来。他果断地作出决定。
他对着水高声叫道：“停下来！一步也不许再前进！”
然后他又同样命令雷、电和风。
一切都平静了。他蹲下来想。“最好别再出这种乱子了，”他想了想，然后说道，“第一，我命令的事情都实现了以后，让我失掉创造奇迹的能力吧，从此我要做一个普通人了。不需要奇迹，这东西太危险了。第二，让一切像原来一样：那些城市、人、房屋，还有我自己，全都恢复原来的面貌。”从飞机上送信
设想你是在一架在空中飞得很快的飞机里。下面是熟悉的地方。现在你就要飞过你朋友的住宅了。“最好能问候一下他”，这个念头在你的脑中一闪。于是你很快在便条纸上写了几个字，将便条系在石头上，等到时机一到，当朋友的住宅正好在飞机下面的时候，把石头扔下去。
当然你充分相信，石头会落到朋友住宅的院子里。但是院子和住宅就在你下面，石头却没有落到那里！
如果留心看着石头从飞机上往下落，你会发现一种奇怪的现象：石头在往下落的时候，同时却仍然在飞机下面，它好像顺着附加在飞机上看不到的线向下滑一样。当石头到达地面时，它会落在离你事先指定的地方很远的前方。
在这里，表现出来的还是那个妨碍着我们使用别尔热拉克建议的吸引人的旅行方法的惯性定律。当石头还在飞机里的时候，它是同飞机一起运动的。你把它扔下去，在它脱离飞机往下落的时候，并没有失去自己最初的速度，所以，石头落下的时候，它还要向着原来的方向在空中继续前进。两种运动，一种是竖直的，另一种是水平的，组合起来——结果，这块石头是沿着一条曲线往下飞的（当然，这是在飞机本身并不改变飞行方向和飞行速度的情况下）。这块石头的飞行，实际上就像按水平方向抛出去的物体，例如从一水平的枪发出去的子弹，它运动的路线总是沿着一条弧线，最终到达地面。
我们发现，如果没有空气阻力，这里说的一切都是非常正确的。而事实上，空气的阻力阻碍着石头的竖直运动和水平运动。因此，石头不会一直正在飞机下面，而要稍微落在它后面的地方。
如果飞机飞得很高并且速度很快，那么竖直偏差就会显著得多。在无风的天气里，飞机在1 000米的高空以每小时100千米的速度飞行，从飞机上落下来的石头，一定会落在竖直落下地点的前面大约400米的地方（图2）。
如果忽略空气阻力，这个计算并不复杂。由匀加速运动的公式2S=1/2gt，
我们得出，
这意味着，石头从1000米处落下的时间为，也就是14秒。在这个时间里，它在水平方向的位移是×14＝390米。投弹
讲述完上面的内容后，下面的例子就变得很明白了，为什么空军飞行员想要把炸弹扔到指定的位置是那么困难：他们要考虑到飞机的速度，空气对落下物体的作用，除此之外，还要考虑到风的速度。如图3所示，描述了投下的炸弹在各种条件下所经过的不同路线。如果没有风，投下的炸弹按照曲线AF飞行。为什么那样呢？我们已经在上面解释过了。在顺风的情况下，炸弹被风吹到前面，它沿着曲线AG运动。逆风的时候，如果在顶部和底部的风相同，则投下的炸弹沿着曲线AD运动；如果下面风的方向与上面风的方向相反（上面是逆风，下面是顺风），那么，炸弹就会沿着曲线AE落下了。图2 从飞行中的飞机上抛下石头，不是竖直落下，而是沿曲线落下
图3 飞机上投下的炸弹飞行的路线
注：AF，在没有风的天气里；AG，在顺风的时候；
AD，在逆风的时候；AE，在上面逆风、下面顺风的时候。直达的铁路
如果你站在火车站静止的月台上，从它旁边飞过一辆快车，那么你要跳进运动的车厢中，当然是很困难的。但是想象一下：如果在你脚下的月台也是运动的，并且其速度和方向与火车一样。那时候你要上车还会很困难吗？
一点困难也没有：你是那么平稳地走进去，就像火车没有运动一样。既然你和火车都是以相同的速度和方向运动，那么对你来说，火车就等于是完全不动的。不错，车轮是在旋转，但是你会感觉它们是在原地旋转。严格地说，我们通常认为的一切静止的物体，例如停在车站的火车，其实是和我们一起围绕着地球轴心运动，同时又围绕着太阳在转；但是实际上，我们可以不计算这些运动，因为它们一点儿也没妨碍到我们。
所以，我们完全可以建造出这样的火车站，使火车经过它的时候不必停下来，而旅客们还可以安静地上车下车。
在展览会中经常使用这种设备，目的是为了使参观者能够方便快捷地参观陈列在展台上的各种陈列品。会场两头的广场，是用一条类似无限轨道那样的铁道连接在一起的，参观者能够在任何时间、任何地点上车下车。
这种有趣的设备见附图。如图4所示，字母A和B表示会场两头的车站。每一个车站上面都放着一块圆形的静止的平台，周围围着一圈大转盘。两个车站的转盘外圈有一圈链索，一节一节的车厢可以挂在链索上。现在请你注意一下转盘转动时的情况。车厢围绕着转盘开动的速度，同转盘外缘的速度一样。因此，参观者能够毫无危险地从转盘上走上或者离开火车。走出车厢，参观者沿着转盘可以走到中心，一直走到那块静止的平台上；而从转盘内缘走到静止的平台上已经不是什么难事了：因为在这里，圆的半径已经很小，圆周速度非常小2。到达里面不动的那块平台以后，参观者只要过桥走出车站就可以了（图5）。图4 A站和B站之间不停顿的铁道设备。车站设备在下图中表示图5 不停顿的铁道站
火车不经常在车站停车，可以节省大量的时间和能量。例如城市里的有轨电车，大部分时间和差不多三分之二的能量，消耗在电车驶离车站时候逐渐加速的运动和停车之前不断减速的运动上3。
在火车道上即使不使用专门的活动月台，也可以使乘客在火车开着的时候上车和下车。想象一下，特别是快车经过普通不动的车站，我们希望它不停下来也能在这里让新乘客上车。可以让这些乘客暂时跳上停在并行轨道上的另一列火车里，开动这列火车，让它向前行驶，改变它的速度，直到它与快车速度一样。当两列火车并列行驶时，它们是相对静止的：搭上足够的踏板，连接两列火车的车厢，乘客们就可以从辅助车厢平稳地走上快车。这么一来，列车到站的时候就用不着停车了。一条难懂的定律
在力学的三条基本定律里，大概要数牛顿第三定律，即作用与反作用定律最容易使人疑惑不解了。大家都知道这条定律，甚至在某种情况下也会正确地使用它，可是很少有人能够完全明了它的意义。读者当中也许有人是一下子就懂得它的——可是我得承认，我从初次和它相识起，过了十年才完全理解它。
我曾经和许多人讨论过这条定律，也曾经不止一次地看到，人们对这条定律的正确性的承认都是有保留的。他们认为，这条定律对静止的物体来说，毫无疑问是正确的，但是不懂得怎样把它应用到运动物体的相互作用上……这条定律说，作用永远等于方向相反的反作用。这就是说，如果马拉车子，那么车子也用同样大的力量往后拉马。可是这时候车子就应该停在原来的地方不动才对，为什么它还是向前走呢？这两个力量如果是相等的，为什么它们不互相抵消呢？
一般人对于这条定律的怀疑就是这样。那么，这条定律是不可靠的吗？不，定律毫无疑问是可靠的，只不过我们没有正确地理解它。两个力没有互相抵消掉，只是因为它们是加在不同物体上：一个力加在车上，一个力加在马上。两个力是一样大，没有错——可是，难道说一样大的力永远会产生一样大的作用吗？难道说一样大的力能够使随便什么物体得到一样大的加速度吗？难道说，力对物体的作用是和物体本身，和物体的“抵抗力”的大小没有关系的吗？
如果想到了这些，那么车子虽然在用同样大小的力量向后拉马，而马还能拉着车走的原因就很容易明白了。作用在车子上的力和作用在马身上的力在每一瞬间都是相等的；但是车有轮子，可以自由移动位置，而马却坚定地立足在地面上，因此，车子只好跟着马走。可以再想一想，如果车对马的动力不起反作用，那么不用马也就行了，用一个极小的力量也就能拉着车走了。可是事实上，要克服车的反作用力，还是非马不可。
如果把这条定律通常所用的简短形式“作用等于反作用”改成譬如说“作用力等于反作用力”，也许能使大家更容易理解，也少产生些疑问。因为这里相等的只是力。至于作用（如果像平常那样，把“力的作用”理解成物体的位置移动），因为受力的物体不同，一般是不会相等的。
当北极的冰紧挤住“切留斯金”号船身的时候，它的舷也同样用相等的力压在冰上。至于发生惨剧，那是因为强大的冰块抵住了船壳的压力，没有被压碎；可是船身呢，虽然是钢做的，却不是实心的，所以经受不住这种压力，到底被冰压坏了。
物体落下的时候，当然也服从作用等于反作用的定律，虽然这两方面的力不是一下子就看得出来的。苹果落到地上，是因为地球在吸引它；可是苹果也在用完全相等的力吸引地球。严格地说，苹果和地球是在彼此相向地落下，不过落下的速度，在苹果方面和在地球方面是大不相同的。两个同样大小的相互吸引力，使苹果得到了每秒10米的加速度，而地球呢？它的质量比苹果大几倍，它得到的加速度也就是苹果得到的几分之一。地球的质量比苹果的大无数倍，因此，地球向苹果的移动便小到不能再小，实际上只能算做零。所以我们说苹果落到地上，而不说“苹果和地球彼此相向地落下4”，就是这个道理。大力士斯维雅托哥尔是怎样死的？
还记得有关大力士斯维雅托哥尔想要举起地球的民歌吗？阿基米德如果相信传说的话，也准备完成同样的举动，他要求为自己的杠杆找到支撑点。但是斯维雅托哥尔很有力气，不需要杠杆。他只想找到一个可以抓住的东西，使他那勇士般的双手有地方使力。“只要找到用力的地方，整个地球我都能举起来！”凑巧的是，大力士斯维雅托哥尔在地上找到了一个“小褡裢”，它唱着“不会松，不会转，又不会给拔出来”。
斯维雅托哥尔跳下马，
他用双手抓住小褡裢，
把小褡裢举过膝盖：
他就齐着膝盖陷进了地里面。
苍白的脸上没有泪水，却流着血。
斯维雅托哥尔陷在那里，再也起不来了。
他的一生就此终结。
如果斯维雅托哥尔熟悉作用与反作用定律，他就会考虑到，他勇士般的力量施加到地球上，就会得到相等的力量，因而，同样巨大的反作用力可以使他自己陷进地里。
无论如何，从这首民歌中可以看出，人们早就注意到了反作用力：当以地球为支撑点，地球给予的反作用力。在牛顿第一次公布他的不朽的著作《自然哲学的数学原理》前的好几千年，人们就已经不自觉地使用反作用定律了。没有支撑的物体可以运动吗？
走路时，我们用双脚推开地面或者地板；如果地板非常滑或者是在冰上，脚就不可以推开它，也就不能行走了。蒸汽机车在运动时，是用它的“主动”轮推着铁轨：如果将铁轨润滑一下，机车将留在原地。有时甚至在薄冰的地方，为了使火车能够开动，就在机车主动轮前面的铁轨上用特殊装置撒上沙子。当时轮子和铁轨（早期的铁路）是有齿的，这正是因为人们认为轮子必须推开铁轨，火车才能前进。轮船是用螺旋桨的叶片来推开水的。飞机是用螺旋桨推开空气的。总之一句话，在任何介质中移动的物体，都要靠这种介质来支持。要是没有外界的支持，物体可不可以运动呢？
要作这种运动，简直就像抓住自己的头发打算把自己提上去一样，是不可能的。众所周知，这种试验到现在只有男爵谬赫嘎成功了。与此同时，正是这种好像不可能的运动，它可以使自己里面的某一部分物质向某一方向前进，剩下的部分向相反的方向前进。你们看见过很多次飞行的火箭，是否想到过：它为什么会飞？火箭就是一个明显的例子，可以用来说明我们现在说的这种运动。为什么火箭会飞？
甚至在研究过物理学的人中，有时也会听见对火箭飞行完全错误的解释：火箭会飞，是因为利用在它里面的火药燃烧所生的气体来推开空气。古时候的人对火箭的想法是这样的（火箭很久以前就发明了），但是，如果让火箭在真空中飞，它不但不比在空气里飞得坏，甚至会飞得更好。可见火箭运动的真正原因，完全是另一回事。作为三·一刺客之一的基巴里奇非常明白，他还在自己的临终字条中叙述了有关发明飞行机器的事情。为了解释作战用的火箭设备，他写道：
铁质汽缸，一端封闭作为基底，另一端开放，用压制的火药塞满整个汽缸，留有沿着轴作为管道的真空地方。火药的燃烧从这个管道的内表面开始，并且在确定的一段时间内，扩展到压制火药的外表面。气体燃烧过程中会产生各方面的压力。横向的气体压力彼此平衡，对着火药铁制外壳底部的压力，没有与相对的压力互相平衡（因为气体可以往这个方向自由输出），就把火箭向前推去。
这里发生的情形，同开炮的时候完全一样：炮弹向前飞去，而炮身自己却向后坐。你可以想象一下手枪和各种火器在发射时候的“后坐力”！如果把大炮悬在空中，不给它任何支点，在射击以后它就会向后运动，它的速度同炮弹向前运动的速度的比，等于炮弹的重量同大炮重量的比。儒勒·凡尔纳的幻想小说《底朝天》里的主人公，甚至会想到用大炮的后坐力完成一件雄心勃勃的大事业——“把地轴扶正”。
火箭其实也是大炮，只是它射出的不是炮弹，而是火药的气体。所谓的“中国轮”的旋转也是这个道理，大概你们在放烟花的时候就可以观赏到它：装在轮子上面的一根火药管燃烧时，气体向一个方向冲出，火药管本身（轮子与它连在一起）向相反的方向运动。从本质上讲，这也只是一种众所周知的物理仪器——“西格纳尔”轮的变相而已。
有趣的是，在发明轮船以前，曾经有过一种机械船的设计，最开始也是根据这个原理设计出来的：船尾部的强大打气筒，能够把船里储藏的水压向船外，因此船就会向前驶去，就像中学物理实验室用来证明上述这条原理的浮在水面上的白铁罐一样。这个设计（由列姆齐提出来的）没有拿来实用过，但是它对轮船的发明起了很大的作用，因为它向富尔敦暗示了发明轮船的可能性。图7 最古老的蒸汽发动机（涡轮机），公元前2世纪由希罗创造
我们也知道，最早的蒸汽机，是公元前2世纪的亚历山大城的希罗发明制造的，也是根据同样的原理：从锅炉β里面出来的蒸汽（图7）沿着εεη管道进入到一个安装在水平轴上的球里，然后从两个曲柄管中冲出，蒸汽就把这些管子向相反的方向推动并且球开始旋转。可惜的是，希罗式汽轮机在古代只是一种有趣的玩具，因为劳动力价格低廉，谁也不想使用机器。但是原理本身却没有被技术家抛弃：现今我们用它来制造反动式涡轮机。
牛顿提出作用和反作用定律，最早的蒸汽汽车的设计也是他提出来的，也是根据同一个原理：蒸汽从锅炉里面出来，向一个方向冲出去，而锅炉本身在后坐力的作用下被反作用力推着，使车轮慢慢前进（图8）。图8 蒸汽汽车也被列入了牛顿的发明
1928年的喷气式汽车实验，很多人都记得当时在报纸和杂志上面写道，它是牛顿汽车的现代变形。
爱好者可以照着图9做一只纸质的小船，跟牛顿的汽车非常相似：用一个空的蛋壳做汽锅，金属帽里放一块浸泡过酒精的棉花，把它点燃后，蛋壳里的水就慢慢变成了蒸汽；这时候，一股蒸汽就要向一面冲出，它使整个小船向相反的方向前进。不过，要制作这种有教育意义的玩具，必须有一双非常灵巧的手。图9 用纸和蛋壳做的玩具轮船。盛满小金属帽的酒精作为燃料，从“锅炉”孔里冒出来的蒸汽（从蛋壳里面吹出的气体），迫使轮船向相反的方向航行乌贼是怎样运动的？
如果你们听说，有不少生物都用“抓住头发把自己提起来”的普通方法在水里行动，一定会很惊奇。图10 乌贼的游泳运动
乌贼本来和大多数头足类软体动物都是用这种方法运动的：它们把水吸入鳃腔，经过身体侧面的孔和前面的特别漏斗，然后经过上面提到的漏斗用力把水排出体外。这样，根据反作用定律，它们就得到了相反的推力，足够使它们从后面推动身体很快地向前游去。不过乌贼能够使它们的漏斗管指向旁边或后方，然后水迅速被排挤出来，让自己向任意方向运动。
水母的运动也是这样的：它们用收缩肌肉的方法，从自己那钟形的身体下面排水，得到一种反方向的推力。纽鳃鳟、蜻蜓的幼虫和其他的水中生物在运动的时候，也都用这种类似的方法。了解这些以后，我们还会怀疑不可以这样运动吗？乘火箭到星球上
有什么比离开地球在浩瀚的宇宙中旅行——从地球飞向月球，从一个行星飞到另一个行星——更令人兴奋的事吗？用这个主题写的幻想小说已经不知道有多少种了！哪一种没有引起过我们漫游宇宙天际的幻想呢？伏尔泰在《小麦加》里，儒勒·凡尔纳在《月球旅行记》和《赫克特尔·雪尔瓦达克》里，威尔斯在《月球上的第一批人》里，还有许多别的作家都曾经幻想过极有趣的宇宙旅行。
难道不可能实现这个老早以前幻想的事情吗？难道小说里面描写的引人入胜、似乎可信的一切巧妙的设计，事实上都是不可能实现的吗？后面我们还要谈到有关星际旅行的幻想设计，现在让我们先认识一下已故苏联著名科学家齐奥尔科夫斯基提出的宇宙飞船的实际设计。
可不可以乘着飞机去月球呢？当然不能：飞机和飞船之所以能够运动，是因为有空气支撑着它们，把它们推开，而地球和月球之间是没有空气的。在宇宙空间里，几乎没有密实的介质可以支撑星际飞船，所以就意味着要发明那样一种没有任何介质支撑也能自由运动和行驶的设备。
我们已经熟悉了类似炮弹的玩具——火箭。为什么不制造一个巨大的火箭，使里面能够装得下人、食物、空气罐和各种其他物品呢？设想一下，人们已经能够在火箭里携带大量燃料，并且控制爆炸气体随便向哪一个方向冲出。你们得到了一种真正可以操纵的星际飞船，乘坐它可以飞向宇宙空间的大洋，飞上月球和其他行星去了……乘客能够自己控制爆炸力，有可能逐渐增加宇宙飞船的速度，使增加的速度对他们没有危害。他们如果想在某个行星上面降落的时候，可以转过飞船的头部，逐渐减小速度从而慢慢降落。最终，乘客能够用相同的方式返回地球。
我们可以回想一下，在不久之前，航空家才做了他们那胆怯的初步试飞。而现在，飞机已经能够在空中翱翔，飞越高山、沙漠、大陆、海洋。那么，“星际航行学”再过二三十年能不能蓬勃发展起来呢？那时候，人们就会挣脱把他们长时间拴在地球上的那条无形的锁链，而冲入无边无际的宇宙空间去。第二章力·功·摩擦天鹅、龙虾和狗鱼的问题
大家都听说过有关“天鹅、龙虾和狗鱼拉大货车”的寓言，但是不见得有人会从力学的观点来研究这则寓言。寓言作者克雷洛夫所做的结论同我们得出的完全不同。
摆在我们面前的是力学上几个彼此成角度的力的合成问题。寓言里面是那样确定力的方向的：
天鹅在冲向云霄，
龙虾向后倒退，而狗鱼在向水里拉。
这就是说（图12），第一种力量——天鹅的拉力——是向上的；第二种力量——狗鱼的拉力（OB）——是向旁边的；第三种力量——龙虾的拉力（OC）——是向后的。不要忘记还存在第四种力量——货物的重量，它是竖直向下的。寓言证实了：货车现在还停在原处。换句话说，就是加在货物上的几个力的合力等于零。图12 根据力学定律解决克雷洛夫关于天鹅、龙虾和狗鱼的问题。合力（OD）应该把货车拉进水里。
是这样吗？让我们看一看。冲向云霄的天鹅，不但不会妨碍龙虾和狗鱼的工作，甚至还帮助了它们：天鹅的拉力向着重力的反方向，所以减小了车轮跟地面和车轴的摩擦，也就是减轻了货车的重量，甚至完全抵消了它的重量——要知道货车并不是很重的（寓言中有句话，“对它们说来，货车似乎是很轻的”）。为了简单起见，让我们假定货车的重量是被天鹅的拉力抵消了，我们会看到剩下来的只有两个力：龙虾的拉力和狗鱼的拉力。这两个力的方向，寓言说，虾是往后退，而狗鱼是往水里拉。当然，水一定不在货车的前面，而是在它的某一侧面。（克雷洛夫的几个劳动者当然不准备把货车拉下水去！）这就意味着，龙虾和狗鱼的力是彼此成角度的。如果这些力不在一条直线上，它们的合力怎么也不可能等于零。
让我们按照力学的定律，用OB和OC这两个力做边来画一个平行四边形。四边形的对角线OD就表示着合力的方向和大小。很显然，这个合力应当能够使货车移动，不但如此，在货车的全部或部分重量因天鹅的拉力而减小的时候，就更加容易移动。另一个问题——货车是向哪个方向移动：向前、向后，还是向旁边？这就取决于这几个力的力量对比和它们所成角度的大小了。
读者如果对力的合成和分解有些实际运用经验的话，就很容易看出：即使天鹅的力量不能抵消货车的重量，他们相信，货车不可能停在原处不动。只有在一种条件下，这三个力的作用才能使货车不动。这个条件就是车轮跟车轴和地面的摩擦力比合力大。但是这跟寓言的论点不合，因为“对它们来说，货车似乎是很轻的”。
无论如何，克雷洛夫都不能确定地说，“货车一点儿也没动”，“货车现在还在原处”。可是，这并没有改变这个寓言的意义。和克雷洛夫的看法相反
刚刚看到了克雷洛夫的处世箴言：“同志之间如不能意见一致，就将一事无成”——但这并不是总适用于力学。几个指向不同方向的力，还是能够产生一定的效果的。
很少有人知道，克雷洛夫称赞蚂蚁是模范工作者，它们正是按照寓言作者所嘲笑的方式协同工作的。它们的工作一般来说会进行得很顺利，也是因为力的合成的规律。仔细观察蚂蚁工作的时候，很快你们就会相信，它们的协同工作只是假象：实际上，每一只蚂蚁都在为了自己工作，完全没有想过帮助其他的同伴。
这就是一位动物学家所描写的蚂蚁的工作：
如果有几十只蚂蚁在平坦的地面上拉一个巨大的捕获物，那么所有的蚂蚁都一样地用力，从外表看是在协力工作。但是这个捕获物，譬如说是毛毛虫——遇到了一个障碍物（草根或者小石头），不能再向前拉动了，要绕弯行走。现在就可以明显地看出来，每只蚂蚁都各管各地走，而不是配合其他同伴一起努力越过障碍物（图13和图14）。一只蚂蚁向右拉，而另一只蚂蚁向左拉；一只蚂蚁向前推，而另一只向后拖。它们更换位置咬着毛毛虫的身体，每一只蚂蚁都按照自己的意思推或者拉。有时候会发生这样的情形，四只蚂蚁推着毛毛虫向着一个方向前进，而六只蚂蚁朝向另一个方向前进，最终这只毛毛虫就会不顾四只蚂蚁的反作用，而朝着六只蚂蚁的方向前进了。图13 蚂蚁怎样拖动毛毛虫图14 蚂蚁是怎样拖动捕获物的。箭头表示了每只蚂蚁用力的方向
让我们再引用一个（借用另一位研究员）可以借鉴的例子，说明蚂蚁之间的“虚假”合作。图15画着一个长方形的奶酪，由25只蚂蚁咬住它。奶酪慢慢地沿着箭头A所指的方向移动。我们可以想一下，前排的蚂蚁向前拉，后面一排是在向前推，两边的蚂蚁是在帮着前后排蚂蚁。但是并不是这样，不难相信：用小刀把后排蚂蚁全部拨开——这时候奶酪就会向前移动得更快！明白了，后面这11只蚂蚁并不是向前推，而是在向后拉：每一只蚂蚁都竭力在朝后退，想把奶酪拖到巢穴里面。这就意味着，后排的蚂蚁不仅没有帮助前排，反而在妨碍它们，抵消它们的力量。为了拖动这块奶酪，四只蚂蚁的力量就足够了，但是因为动作不一致，所以需要25只蚂蚁才能把这块奶酪搬进巢穴里去。图15 蚂蚁是怎样努力把奶酪拖动到箭头A方向，拖向蚁穴
马克·吐温很早就提出了蚂蚁协力工作的特点。他曾讲述过两只蚂蚁的故事，其中一只蚂蚁找到了一条蚱蜢的腿。他说：“它们各自咬住腿的一端，用尽全力朝相反的方向拉。两只蚂蚁都看出来有些不太对劲儿，却不能明白到底是为什么。于是它们就开始发生争吵，并且打起架来……后来它们和解了，并重新开始这个毫无意义的协力工作，可是那个在打架中受了伤的同伴却成了一个累赘。它不肯放弃这个捕获物，吊在它上面，那只健壮的蚂蚁用尽全力才把食物连同受伤的同伴拖进洞穴里。”马克·吐温开玩笑似的提出了一个完全正确的意见：“只有在光会做不可靠的结论而没有经验的自然科学家眼里，蚂蚁才是最好的工作者。”帆船逆风行驶
很难想象帆船是怎样逆风行驶的，或者按照水手的说法，“前侧风向”行驶。确实，水手告诉你们，正顶着风驾驶帆船是不可能的，帆船只能在跟风的方向成锐角时前进。但是这个锐角很小——大约只有直角的四分之一，约为是22°——不管是正顶着风或者跟风成22°的角度行驶，还是同样让人难以明白的。
但是实际上，这两种情况不是没有区别的。我们现在来解释帆船在与风成小的角度时是怎样逆风行驶的。首先我们来看一下，风一般是怎样对船帆起作用的，也就是说当风吹向帆船的时候，会把帆往哪里推。你们大概会觉得，风总是会把帆推到它所吹的方向去。但实际并不是这样：无论风向哪里吹，它总会把帆推到垂直于帆面的方向。
事实上，让我们假定图18箭头所指的方向就是风吹来的方向，AB线表示帆。因为风力是平均分布在整个帆面上的，也就是说用风力R代表压力，它作用在帆船中心。把这个力分解成两个：垂直于帆面的作用力Q和跟帆面平行的作用力P（图18右）。作用力P不能推动帆，因为风跟帆的摩擦太小了。剩下的作用力Q，沿着垂直于帆面的方向推动着帆。
认识到这一点，我们可以很容易地理解帆船如何在跟风成锐角时逆风行驶。让我们用KK线（图19）表示船的龙骨线。风沿着与这条线成锐角的方向吹。线AB表示帆面，把它放在那样的位置，使帆面刚好平分龙骨方向和风的方向之间的那个角。现在看图19中力的分解。风对帆的压力，我们用力Q来表示，这个力应该垂直于帆面。把这个力分解成两个力：力R垂直于龙骨，力S沿着龙骨线指向前面。因为船朝力B的方向运动时，遇到水的强大阻力（帆船的龙骨在水里很深），那么，力R几乎被水的阻力全部抵消了。剩下的只有一个力S，正如你们所见，它向前推动着帆船，因此，船是与风向成着一个角度前进，就好像在逆风里一样5。通常这种运动都是曲折行进，如图20所示，水手们把这种行船称做“抢风行船”。图18 风总是依垂直帆面的方向推动船帆的图19 帆船是怎样逆风航行的图20 帆船逆风曲折行进结打得牢固取决于什么？
我们在日常生活中，毫无疑问经常在享受欧拉公式所指出的利益。例如打结，不就是把绳子的一端当做桩子，而让绳子的其余部分缠绕在上面吗？各种各样的结——普通结、“吊板扣结”、“水手结”、“蝴蝶结”等等，之所以能够打得牢，完全是由于摩擦的作用。由于麻绳缠绕自己，就像绳索围着木桩缠绕着一样，所以摩擦力增大了许多倍。研究结里面的许多曲折，就不难相信这一点。曲折越多，或者说麻绳缠绕自己的圈数越多——“缠绕角”就越大，因此结就打得越死。
缝衣匠钉纽扣时，也常常在不知不觉中使用这个方法。他把线头缠绕许多转，然后把线拉断。只要线是坚韧的，纽扣就不会掉下来。这里运用的还是我们熟悉的那条规律：线缠绕的圈数按照算术级数增加的时候，纽扣的牢固程度就照着几何级数增长。
如果没有摩擦，我们都不能使用纽扣：线在纽扣的重力作用下会自己松开，使纽扣脱落。假如没有摩擦
在我们的周围，有各种各样出乎意料的摩擦现象。有时甚至连我们想不到的地方，也会有摩擦现象。如果摩擦从世界上突然消失的话，许多普通的现象都会完全按照另一种方式进行。
法国物理学作家希洛姆曾经对摩擦作用有过生动的描述：
我们有时候走上结冰的路：为了使身体不至跌倒，我们得用多少力气；为了站稳，又得做多少可笑的动作！这就不得不使我们承认，我们平时所走的路面具有多么宝贵的性质，使我们毫不费力就能保持平衡。当我们沿着光滑的马路骑自行车滑倒的时候，或者马沿着柏油马路滑倒的时候，我们也会产生同样的想法。通过研究类似的现象以后，我们就可以看出摩擦带给我们的后果了。工程师极力消除机器上的摩擦，并且收到了很好的成果。在应用力学里，经常把摩擦说成是最不好的现象。这当然是对的，但是也只有在几个狭窄的专业领域里面才是对的。至于在其他情况下，我们还应当感谢摩擦：它使我们毫不畏惧地行走、坐立和工作，使书和墨水不会掉到地板上，使桌子不会自己滑向墙角，使钢笔不会从指尖滑掉。
摩擦是一种非常普遍的现象，除了很少几种特别的情况以外，我们用不着去找它帮忙，它自己就会出现在我们面前。
摩擦有助于稳定。木匠弄平地板，是为了使桌子和椅子放在该放的地方。放在桌子上面的盘子、碟子、杯子，只要不是在正在摇晃的轮船里，不用我们管，它们会一动不动地留在桌子上。
我们设想，假如已经完全没有摩擦了。那时候任何物体，无论是大石块或是小沙砾，就再也不能互相支持了：所有的东西都要滑着，滚动着，直到铺成一个平面为止。如果没有摩擦，地球就会像流体一样，变成一个没有高低的圆球了。
对此我们可以补充说，在摩擦消失的情况下，铁钉和螺钉会从墙上滑出来，我们的手也不能拿任何东西，刮起的旋风就永远不会平息下来，我们会不断地听到回声，它从墙上反射回来，一点儿也没有被削弱。
每一次地面上结冰，都会使我们清楚地认识到摩擦的重要性。遇到街上结冰的时候，我们会毫无办法，并且随时都有滑倒的危险。下面就是从报纸上摘下来的几段消息（1927年12月）：
伦敦，21日消息，由于地面结了冰，伦敦的街车和电车行动都发生困难。大约有1 400人摔倒后手脚骨折等等，而被送入医院。
在海德公园附近，三辆汽车和两辆电车相撞，由于汽油爆炸，全部车辆被完全摧毁……
巴黎21日消息，巴黎的路面结冰，导致其市区和郊区发生了许多不幸的事件……
但是在冰面上的极小的摩擦力，也可以用在技术上面。日常用的雪橇就是一个例子。更好的例子是在结冰的路面，用它把树木从采伐地运到铁路或者浮送站。在这种平滑的路面上，两匹马能够拉动载有70吨木材的雪橇（图22）。图22 上面是载货雪橇在结冰的路面上，两匹马拉运了70吨货物。 下面是结冰的路面：А、车辙；B、滑轨；С、压实的雪；D、道路土基。“切留斯金”号失事的物理原因
根据以上所说，现在不要立刻下结论，认为冰上的摩擦力不管在什么情况下都微不足道。即使在接近0℃的时候，冰面的摩擦力往往也很大。苏联破冰船的工作人员仔细研究了北极海上的冰与轮船钢壳之间的摩擦力。这种摩擦力出乎意料的大，并不比铁跟铁之间的摩擦力小：冰对船壳的摩擦系数是0.2。
为了弄明白这个数字对于在冰块之间航行的船有什么样的意义，我们研究一下图23。图中描绘了船舷MN在冰块的压力下，所受到的各个力的方向。冰的压力P分解成两个力：跟船舷垂直的力R和跟船舷相切的力F。P和R之间的角等于船舷对竖直线的倾斜角α。冰对船舷的摩擦力Q等于力R乘以摩擦系数0.2，也就是Q=0.2R。如果摩擦力Q比F小，力F就会把压在船身上的冰推到水里去；这时候冰会沿着船舷滑动，不会对船只造成损害。如果力Q比F大，摩擦就会阻碍着冰块的滑动，在冰块长时间的压迫下，船舷会被压得粉碎。图23 上面：“切留斯金”号毁灭在冰里。下面：船舷MN在冰块的压力下所受到的几个力
什么时候Q＜F呢？很容易看出来，
F=R·tanα；
因此，存在不等式：
Q＜R·tanα；
又因为Q=0.2R，所以不等式Q＜F又可以变成：
0.2R＜R·tanα，或tanα＞0.2。
从三角函数表中可以查出，正切函数为0.2，它的角等于11°。这就意味着，当α＞11°时，Q＜F。从而确定了船舷对竖直线的角度应该是多少，才能确保在冰块中间安全航行：这个倾斜角必须不小于11°。
让我们来看一下“切留斯金”号是怎样沉没的。它是一艘轮船，而不是破冰船，在北海全部航线上都行驶地很顺利，但是在白令海峡被冰块挤破了。
冰把“切留斯金”号带到了遥远的北方并把它粉碎了（1934年2月）。船上的水手在冰上待了两个月，然后由飞行员把他们救了出来。下面就是这次事故的经过：“坚硬的金属船身不是立刻就被压碎的，”探险队队长施米特在广播里面报告说，“我们很明显地看出冰块怎样压在船舷上，以及露在冰块上面的船壳是怎样向外凸起来并且弯曲的。但是冰块不断地向船进攻，虽然进攻得很缓慢，但却无法防御。鼓起的船外壳铁板沿着缝隙裂了开来。铆钉噼噼啪啪地飞走了。刹那间，船舷从前舱到甲板的末尾完全撕裂了……”
读了上面这段话以后，读者应该可以明白这次事故的原因了。
从这里也得出了一个实际的结果：在建造用于在有浮冰的海里行驶的船舶时，一定要使船舷有适当的倾斜度，即不低于11°。自动平衡的木棒
把一根光滑的木棒放在分开的两只手的食指上面，如图24所示。现在相向移动两个手指，直到它们合并到一起为止。奇怪的是，直到在这个最后的位置上，木棒也没有掉下来，而是保持平衡状态。你可以把这个实验重复做几次，并且改变手指最初所放的位置，但是结果总是一样的：木棒总是平衡的。如果用画图的尺子、有杖头的手杖、打弹子的棒、地板刷来代替木棒——你会得到相同的结果。
这种出乎意料的结果的谜底是什么？首先应当明白，既然木棒是平衡在紧靠在一起的两个手指上面，那么可以明确的是，两个手指是在木棒的重心下面（如果从重心引出的一条铅锤线能够通过支持物的范围内，那么物体就保持在平衡状态中）。
当两个手指分开的时候，接近木棒重心的那个手指，承载的重量比较大。压力越大，摩擦力越大：接近重心的那个手指，一定比远离重心的手指受到的摩擦力大。因此手指的重心就不会在木棒下面滑动，滑动的总是离重心远的那个手指。当滑动的那个手指比不滑动的那个手指更接近重心的时候，就换成另一个手指滑动了。经过几次那样的交换，两个手指就并在一起了。因为每次只能移动一个手指，也就是那个离重心远的手指，那么很自然的，两个手指碰在一起的地方，也必然是在木棒重心的下面。图24 木棒实验。从两边一直移动到中间的实验图25 同样的地板刷实验。为什么不会平衡呢？
在实验结束之前，让我们用擦地板的刷子（图25，上）重新做一遍这个实验，并且提出这样一个问题：如果在两个手指相遇的地方，把刷子切成两段，再放在天平的两端（图25，下）。那么哪一头的重量会比较重些——木棒的那一头，还是刷子那一头？
看来，刷子的两部分既然能在手指上平衡，那么它们也应当能在天平的两端平衡。事实上，刷子的那一头比较重些。不难猜到这个原因，如果计算一下，当刷子平衡在手上的时候，两部分的重力是加在一根杠杆长短不一的两臂上的；而在天平上面，这两部分的重力是加在一条等臂的杠杆的两端的。
我们准备了一些木棒，这些木棒的重心位置都不相同，把这些木棒在重心的地方切成长短不同的两段之后，把这两部分放在天平上，参观者一定会非常惊奇，短的一段总比长的一段要重些。第三章圆周运动旋转的陀螺为什么不倒？
有成千上万的人在童年时候玩过陀螺，但没有多少人能够正确地回答这个问题：我们该如何解释，垂直旋转的陀螺甚至倾斜旋转的陀螺会出人意料地不倒？是什么力量把它维持在这种好像很不稳定的状态呢？难道它不受重力的作用吗？
原来，这里有一个非常有趣的力的相互作用。陀螺的原理不是很简单，我们不打算深入研究它，只是谈一谈旋转的陀螺之所以不倒的基本原因。
如图26所示，描绘了照着箭头所指的方向旋转着的陀螺。请注意它上边写着A字的部分和在它对面的B字的部分。A的部分在离开你移动，而B的部分在向着你转过来。现在让我们来看，当你把陀螺轴倾斜到自己这一边的时候，这两部分会作什么样的运动。这种推动力，会使A的部分向上运动，B的部分向下移动；两部分得到了一种跟它们自己本来的运动成直角的推动力。但是由于陀螺在快速旋转的时候，它的圆周速度非常大，而你推它的时候给它的速度明显很小。一个小速度和一个大速度结合而成的速度，和圆周的这个速度几乎非常接近——所以陀螺的运动几乎没有改变。因此可以明确，为什么陀螺好像抵抗着一切想把它推倒的力量。陀螺越重且转得越快，就越能顽强抵抗推倒它的力量。图26 为什么陀螺不倒？图27 转动的陀螺，往上面抛时，保持沿着自己轴的方向转动
对这种现象的解释在本质上与惯性定律有直接的关系。陀螺上面的每一个点，都在一个与自己的转轴垂直的平面上沿着圆周转动。根据惯性定律，每一个点随时都竭力想使自己沿着圆周的一条切线离开圆周。但是所有的切线都和圆周在同一个平面上；所以每一个点都是那样在运动，使自己一直都在与旋转轴垂直的那个平面上运动。由此可以看出，陀螺上面所有和旋转轴垂直的那些平面，都努力保持自己在空间里的位置，所以与它垂直的所有平面，即转轴本身也在保持自己的方向。
我们不打算研究陀螺在外力作用下所发生的所有运动。这需要作许多详细的解释，会显得枯燥无味。在此只想解释的是，任何旋转的物体都保持沿自己的轴不变的方向转动是什么原因。
旋转物体的这种特性广泛应用于现代技术中。各种陀螺设备（根据陀螺原理制造的）——像指南针、稳定器等——安装在船舶和飞机上面6。
陀螺似乎是一个非常有用的简单的玩具，但其用途却不可估量。哥伦布问题的新解决
哥伦布解决了自己提出来的问题——怎样竖直放置鸡蛋，简直是简单极了：只要把蛋壳打破7。这种解决方式，本质上，是不正确的：哥伦布打破蛋壳，改变了它的形状，就意味着，竖直的不是鸡蛋，而是另一个物体；要知道问题的整个实质就在鸡蛋的形状上；改变了它的形状，就等于我们用另一种物体代替了鸡蛋。所以哥伦布提出的方法，没有解决鸡蛋竖直的问题。图31 哥伦布问题的解决：旋转的鸡蛋会竖直站立
如果利用陀螺的特性，在一点也没有改变鸡蛋的形状的情况下，就可以解决这位伟大的航海家的问题；为了做到这点，只需要鸡蛋围着自己的长轴旋转就可以了——这样就可以让它钝的一端向下或者甚至尖的一端向下，直立一段时间而不倒下去。那么怎样做这个实验呢？如图31所示，展示了这个做法：用手指旋转鸡蛋。放开手，你们会发现，鸡蛋还会竖直旋转一会儿：这个问题才算是解决了。
做这个实验必须要用煮熟的鸡蛋。这种限制并不与哥伦布问题里的条件互相矛盾：提出这个问题后，哥伦布立刻拿起桌子上的鸡蛋，我们认为餐桌上面的鸡蛋不会是生的。你们未必会使生鸡蛋竖直旋转，因为生鸡蛋里面的液体，在那种情况下是一个阻碍。顺便说一下，许多家庭主妇都知道用这种简单的方法区分生鸡蛋和熟鸡蛋。
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