有趣的物理小故事

阿基米德(Archimedes，約公元前287～212)是古希臘物理學家、數學家，靜力學和流體靜力學的奠基人。 除了偉大的牛頓和偉大的愛因斯坦，再沒有一個人象阿基米德那樣為人類的進步做出過這樣大的貢獻。即使牛頓和愛因斯坦也都曾從他身上汲取過智慧和靈感。他是「理論天才與實驗天才合於一人的理想化身」，文藝復興時期的達芬奇和伽利略等人都拿他來做自己的楷模。 從洗澡的故事說起 關於阿基米德，流傳著這樣一段有趣的故事。相傳敘拉古赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠，做好後，國王疑心工匠在金冠中摻了假，但這頂金冠確與當初交給金匠的純金一樣重，到底工匠有沒有搗鬼呢？既想檢驗真假，又不能破壞王冠，這個問題不僅難倒了國王，也使諸大臣們面面相覷。 後來，國王請阿基米德來檢驗。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要領。一天，他去澡堂洗澡，當他坐進澡盆里時，看到水往外溢，同時感到身體被輕輕拖起。他突然悟到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得跑了出去，大聲喊著「尤里卡！尤里卡！」。(Fureka，意思是「我知道了」)。 他經過了進一步的實驗以後來到王宮，他把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆里，比較兩盆溢出來的水，發現放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，所以證明了王冠里摻進了其他金屬。 這次試驗的意義遠遠大過查出金匠欺騙國王，阿基米德從中發現了浮力定律：物體在液體中所獲得的浮力，等於他所排出液體的重量。一直到現代，人們還在利用這個原理計算物體比重和測定船舶載重量等。 「假如給我一個支點，我就能推動地球」 阿基米德不僅是個理論家，也是個實踐家，他一生熱衷於將其科學發現應用於實踐，從而把二者結合起來。在埃及，公元前一千五百年前左右，就有人用槓桿來抬起重物，不過人們不知道它的道理。阿基米德潛心研究了這個現象並發現了槓桿原理。阿基米德曾說過：「假如給我一個支點，我就能推動地球。」 當時的赫農王為埃及國王製造了一條船，體積大，相當重，因為不能挪動，擱淺在海岸上很多天。阿基米德設計了一套複雜的槓桿滑輪系統安裝在船上，將繩索的一端交到赫農王手上。赫農王輕輕拉動繩索，奇蹟出現了，大船緩緩地挪動起來，最終下到海里。國王驚訝之餘，十分佩服阿基米德，並派人貼出告示「今後，無論阿基米德說什麼，都要相信他。」.牛頓 他年幼時，曾一面牽牛上山，一面看書，到家後才發覺手裡只有一根繩；看書時定時煮雞蛋結果將表和雞蛋一齊煮在鍋里；有一次，他請朋友到家中吃飯，自己卻在實驗室廢寢忘食地工作，再三催促仍不出來，當朋友把一隻雞吃完，留下一堆骨頭在盤中走了以後，牛頓才想起這事，可他看到盤中的骨頭後又恍然大悟地說：「我還以為沒有吃飯，原來我早已吃過了」。 牛頓不僅對於力學，在其它方面也有很大貢獻。在數學方面，他發現了二項式定理，創立了微積分學；在光學方面，進行了太陽光的色散實驗，證明了白光是由單色光複合而成的研究了顏色的理論，還發明了反射望遠鏡。 2.阿爾伯特．愛因斯坦 因斯坦小時候，老師讓同學們做工藝品，大家做的都很好，只有愛因斯坦拿出的是個很醜陋的小板凳。老師和同學們嘲笑他，說世界上還有比這更醜陋的板凳嗎？愛因斯坦說有，他真拿出兩個更醜陋的。他說雖然前一個板凳很醜陋，但是比後來兩個要好的多。 愛因斯坦除在光電效應、相對論等方面作出舉世皆知的傑出貢獻外，他關於布朗運動的研究成果，由於對大量無序因子的規律性把握，成為當今最熱門的金融數學的基礎；他提出的激光受激輻射的概念，在幾十年後的今天得到了廣泛的應用；他與玻爾進行的論戰中提出的EPR佯謬，至今仍是理論物理學和科學哲學界不斷探討的話題…… 3. 阿基米德 關於阿基米德，流傳著這樣一段有趣的故事。相傳敘拉古赫農王讓工匠替他做了一頂純金的王冠，做好後，國王疑心工匠在金冠中摻了假，但這頂金冠確與當初交給金匠的純金一樣重，到底工匠有沒有搗鬼呢？既想檢驗真假，又不能破壞王冠，這個問題不僅難倒了國王，也使諸大臣們面面相覷。 後來，國王請阿基米德來檢驗。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要領。一天，他去澡堂洗澡，當他坐進澡盆里時，看到水往外溢，同時感到身體被輕輕拖起。他突然悟到可以用測定固體在水中排水量的辦法，來確定金冠的比重。他興奮地跳出澡盆，連衣服都顧不得跑了出去，大聲喊著「尤里卡！尤里卡！」。(Fureka，意思是「我知道了」)。 他經過了進一步的實驗以後來到王宮，他把王冠和同等重量的純金放在盛滿水的兩個盆里，比較兩盆溢出來的水，發現放王冠的盆里溢出來的水比另一盆多。這就說明王冠的體積比相同重量的純金的體積大，所以證明了王冠里摻進了其他金屬。 他是物理學家、數學家，靜力學和流體靜力學的奠基人。 4.錢學森 在錢學森提出回過後,美國人大為生氣,並對他嚴加看守,甚至施加刑罰. 美國人曾經給錢學森一個莫須有的罪名,使他一人前往荒無人煙的小島,用各種各樣的刑罰折磨他,據說半年就少了50斤.可是錢學森回國的決心從未動搖,美國人放出話,只要錢學森願意留在美國,不回中國,就馬上給予他最優良的設施,比原來更好,更美的生活,給他更大的榮譽.錢學森沒有放棄.依然意決回國. 錢學森（1911.12.11--）應用力學、航天技術和系統工程科學家。生於上海市，原籍浙江省杭州市。1934年畢業於上海交通大學。1936年在美國麻省理工學院獲碩士學位。1938年獲加州理工大學博士學位。1955年回國。曾任中國力學學會、中國自動化學會、中國系統工程學會、中國宇航學會理事長、名譽理事長等職。現任國防科學技術工業委員會研究員。早年在應用力學和火箭、導彈技術的許多領域都做過開創性的工作。獨立研究以及和馮.卡門合作研究提出的許多理論，為應用力學、航空工程和火箭導彈技術的發展奠定了基礎。回國後長期擔任火箭、導彈和衛星研製的技術領導職務，為創建和發展我國的導彈、航天事業作出了傑出貢獻。在工程式控制制論、系統工程和系統科學、思維科學和人體科學以及馬克思主義哲學等許多理論領域都進行過創造性研究，作出了重大貢獻。1956年獲中國科學院自然科學獎一等獎，1985年獲國家科技進步獎特等獎，1991年被國務院、中央軍委授予「國家傑出貢獻科學家」榮譽稱號和一級英模獎章。中國科學院院士。1994年當選為中國工程院院士。 5．麥克斯韋 麥克斯韋從小就有很強的求知慾和想像力，愛思考，好提問。據說還在他兩歲多的時 候，有一次爸爸領他上街，看見一輛馬車停在路旁，他就問：「爸爸，那馬車為什麼不走 呢？」父親說：「它在休息。」麥克斯韋又問：「它為什麼要休息呢？」父親隨口說了一 句：「大概是累了吧？」「不，」麥克斯韋認真地說，「它是肚子疼！」還有一次，姨媽 給麥克斯韋帶來一籃蘋果，他一個勁地問：「這蘋果為什麼是紅的？」姨不知道怎麼回答 ，就叫他去玩吹肥皂泡。誰知他吹肥皂泡的時候，看到肥皂泡上五彩繽紛的顏色，提的問 題反而更多了。上中學的時候，他還提過象「死甲蟲為什麼不導電」，「活貓和活狗摩擦 會生電嗎」等問題。父親很早就教麥克斯韋學幾何和代數。上中學以後，課本上的數學知 識麥克斯韋差不多都會了，因此父親經常給他開「小灶」，讓他帶一些難題到學校里去做 。每當同學們歡蹦亂跳地玩的時候，麥克斯韋卻進入了數學的樂園，他常常一個人躲在教 室的角落裡，或者獨自坐在樹蔭下，入迷地思考和演算著數學難題。 麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學、統計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場理論，將電學、磁學、光學統一起來，是19世紀物理學發展的最光輝的成果，是科學史上最偉大的綜合之一 6.法拉第 法拉第1791年9月22日生於薩里郡紐因頓的一個鐵匠家庭。13歲就在一家書店當送報和裝訂書籍的學徒。他有強烈的求知慾，擠出一切休息時間貪婪地力圖把他裝訂的一切書籍內容都從頭讀一遍。讀後還臨摹插圖，工工整整地作讀書筆記；用一些簡單器皿照著書上進行實驗，仔細觀察和分析實驗結果，把自己的閣樓變成了小實驗室。在這家書店呆了八年，他廢寢忘食、如饑似渴地學習。他後來回憶這段生活時說：「我就是在工作之餘，從這些書里開始找到我的哲學。這些書中有兩種對我特別有幫助，一是《大英百科全書》，我從它第一次得到電的概念；另一是馬塞夫人的《化學對話》，它給了我這門課的科學基礎。」 法拉第主要從事電學、磁學、磁光學、電化學方面的研究，並在這些領域取得了一系列重大發現。1820年奧斯特發現電流的磁效應之後，法拉第於1821年提出「由磁產生電」的大膽設想，並開始了艱苦的探索。1821年9月他發現通電的導線能繞磁鐵旋轉以及磁體繞載流導體的運動，第一次實現了電磁運動向機械運動的轉換，從而建立了電動機的實驗室模型。接著經過無數次實驗的失敗，終於在1831年發現了電磁感應定律。這一划時代的偉大發現，使人類掌握了電磁運動相互轉變以及機械能和電能相互轉變的方法，成為現代發電機、電動機、變壓器技術的基礎。 7. 伽利略 有一次，他站在比薩的天主教堂里，眼睛盯著天花板，一動也不動。他在幹什麼呢？原來，他用右手按左手的脈搏，看著天花板上來回搖擺的燈。他發現，這燈的擺動雖然是越來越弱，以至每一次擺動的距離漸漸縮短，但是，每一次搖擺需要的時間卻是一樣的。於是，伽利略做了一個適當長度的擺錘，測量了脈搏的速度和均勻度。從這裡，他找到了擺的規律。鍾就是根據他發現的這個規律製造出來的 、主要貢獻 1、對力學的貢獻 1.1科學描述了運動 經院哲學家主要關注的是「終極原因」,所以主要藉助於質料、形式、目的、自然位置等模糊概念對運動作因果的和定性的描述,而且把運動分為自然運動和強迫運動,伽利略認為這種描述和分類方法,實際上是把運動的研究引入絕境. 他不相信自然運動和強迫運動的區別,他認為應該依據運動的基本特徵量———速度對運動進行分類,由此提出了勻速運動和變速運動的分類方法. 伽利略對運動基本概念，包括重心、速度、加速度 等都作了詳盡研究並給出了嚴格的數學表達式。尤其是 加速度概念的提出，在力學史上是一個里程碑。有了加 速度的概念，力學中的動力學部分才能建立在科學基礎 之上，而在伽利略之前，只有靜力學部分有定量的描述。 伽利略曾非正式地提出過慣性定律（見牛頓運動定 律）和外力作用下物體的運動規律，這為牛頓正式提出 運動第一、第二定律奠定了基礎。在經典力學的創立上， 伽利略可說是牛頓的先驅。 1.2 建立落體定律 通過伽利略得出結論,這個規律在自由下落的極限情況下也一定成立. 上面得到的結果可以用另一數學形式來表達,即在一定的時間內圓球所走過的總距離與這段時間的平方成正比,或用伽利略自 1.3 確定慣性定律 慣性定律:勻速運動和靜止因為不是強加的,所以永恆. 正是這種永恆運動維持著地球以及整個宇宙的井然秩序.伽利略還明確指出,物體的速度無須外力維持,但外力可以改變物體運動的速度,即產生加速度,這使得人們得以從亞里士多德的謬論「力是維持物體運動的原因」中解脫出來,從而把動力學的研究引上了正確的方向. 1.4研究拋體運動 在對拋物體的研究中，伽利略用幾何方法證明了一個平拋物體可以分解為水平方向和垂直下落兩種運動。他證明了在拋物體初速度相同的條件下，拋射角為45度時，射程最遠。 1.5提出相對性原理 伽利略在《對話》中進而寫道:「運動作為運動而言,並作為運動在起作用,只是對沒有這種運動的物體才存在,在所有具有相等運動的物體中間,運動是不起作用的,而且看上去就彷彿不存在似的.」伽利略是在論證地球上的人不能覺察地球的運動時講這段話的,所以講的「運動」自然是勻速運動,而勻速運動的體系就是慣性定律能夠成立的體系,所以也就是慣性體系,伽利略的這段話精闢地闡述了相對性原理:在慣性系中所做的一切力學實驗都不能證明體系本身的運動. 1.6首創科學的研究方法 伽利略關於運動理論的研究工作,採用了一個對近代科學的發展很有效的程序,即對現象的一般觀察→提出工作假設→運用數學和邏輯的手段得出特殊推論 →通過物理實驗對推論進行檢驗→對假設進行修正和推廣,等等. 2、對天文學的貢獻 伽利略在傳播和捍衛哥白尼天文學中的決定性作用。 1543年，波蘭天文學家哥白尼出版了他不朽的著作《天體運動論》，建立了太陽中心學說，這一學說的建立是科學史具有劃時代意義的事件，標誌著近代科學的開端。但這一學說在當時並未引起廣泛的注意。經過布魯諾特別是伽利略的傳播後，情況有了很大的不同。1609年，伽利略用他自己製造的、放大率的呵0倍的天文望遠鏡觀察天天，看到了太陽上有黑子、月球表面有高低不平的現象，木星有四顆衛星，金星有盈虧等等。這些成果直接和間接地證明了哥白尼學說的正確性。 3、科學實驗方法的貢獻 所謂科學實驗,就是人們根據研究的目的,利用科學儀器設備人為地控制、模擬、創造或純化某種自然現象 過程,排除干擾、突出主要因素,在有利的條件下去研究自然規律的一種科學活動.在伽利略的科學生涯中,不僅強調觀察和實驗的重要性,而且同時強調理性與經驗的同等重要,是在經驗的基礎上,通過理性的數學建構來達到對客觀自然界的認識.伽利略通過其畢生的努力,創立了科學實驗方法. 由於伽利略卓有成效的工作和精闢的科學思想,把科學實驗方法發展到了一個完 全新的高度,使物理學走上了真正科學的道路,也為近代自然科學系統地、全面地發展,開闢了廣闊的前景.伽利略把理論和實驗緊密而和諧地結合在一起,構成了一套完整的科學研究方法,有力地推動了近代科學的發展.正是這種新方法———邏輯推理與科學實驗相結合———使物理學擺脫了依靠形而上的思辨、自覺、猜測和定性的議論的狀況,走上了堅實的科學的道路,儘管伽利略沒有把實驗作為理論的唯一支點,但實驗還是改變了科學的性質和方向.正是在這個意義上,伽利略被稱為科學實驗方法的創始人和近代科學的奠基人.愛因斯坦和英費爾德在 《物理學的進化》一書中曾作了這樣的評論:「伽利略的發現以及他所應用的數學的推理方法是人類思想史上最偉大成就之一,而且標誌著物理學的真正開端.」這個評價,至今對於我們仍有深刻的教益. 4、對哲學的貢獻 他一生堅持與唯心論和教會的經院哲學作 鬥爭,主張用具體的實驗來認識自然規律,認為經驗是理 論知識的源泉。他不承認世界上有絕對真理和掌握真理 的絕對權威，反對盲目迷信。他承認物質的客觀性、多 樣性和宇宙的無限性，這些觀點對發展唯物主義的哲學 具有重要的意義。但由於歷史的局限性，他強調只有可 歸納為數量特徵的物質屬性才是客觀存在的. 8.焦耳 英國著名科學家焦耳從小就很喜愛物理學，他常常自己動手做一些關於電、熱之類的實驗。 有一年放假，焦耳和哥哥一起到郊外旅遊。聰明好學的焦耳就是在玩耍的時候，也沒有忘記做他的物理實驗。 他找了一匹瘸腿的馬，由他哥哥牽著，自己悄悄躲在後面，用伏達電池將電流通到馬身上，想試 一試動物在受到電流刺激後的反應。結果，他想看到的反應出現了，馬收到電擊後狂跳起來，差一點把哥哥踢傷。 儘管已經出現了危險，但這絲毫沒有影響到愛做實驗的小焦耳的情緒。他和咯咯又劃著船來到群山環繞的湖上，焦耳想在這裡試一試回聲有多大。他們在火槍里塞滿了火藥，然後扣動扳機。誰知「砰」的一聲，從槍口裡噴出一條長長的火苗，燒光了焦耳的眉毛，還險些把哥哥嚇得掉進湖裡。 這時，天空濃雲密布，電閃雷鳴，剛想上岸躲雨的焦耳發現，每次閃電過後好一會兒才能聽見轟隆的雷聲，這是怎麼回事？ 焦耳顧不得躲雨，拉著哥哥爬上一個山頭，用懷錶認真記錄下去每次閃電到雷鳴之間相隔的時間。 開學後焦耳幾乎是迫不及待地把自己做的實驗都告訴了老師，並向老師請教。 老師望著勤學好問的焦耳笑了，耐心地為他講解：「光和聲的傳播速度是不一樣的，光速快而聲速慢，所以人們總是想見閃電再聽到雷聲，而實際上閃電雷鳴是同時發生的。」 焦耳聽了恍然大悟。從此，他對學習科學知識更加入迷。通過不斷地學習和認真地觀察計算，他終於發現了熱功當量和能量守恆定律，成為一名出色的科學家 焦耳一生都在從事實驗研究工作，在電磁學、熱學、氣體分子動理論等方面均作出了卓越的貢獻。他是靠自學成為物理學家的。

愛因斯坦小時候：

愛因斯坦小時候十分貪玩。母親再三告誡他：「不能再這樣下去了。」愛因斯坦總是不以然地回答說：「你瞧瞧我的夥伴們，他們不都和我一樣嗎？」 有一天，父親給愛因斯坦講了一件有趣的事情。 父親說：「昨天，我和鄰居傑克大叔去清掃南邊工廠的一個大煙囪。那煙囪只有踩著鋼筋踏梯才煙囪內的能上去。你傑克大叔在前面，我在後面。我們抓著扶手，一階一階地終於爬上去了。下來時，你傑克大叔依舊走在前面，我跟在後面。鑽出煙囪，我看見你傑克大叔的模樣，心想我肯定和他一樣，臉髒得像個小丑，於是我就到附近的小河裡去洗了又洗。而你傑克大叔呢，他看見我鑽出煙囪時乾乾凈凈的，就以他也和我一樣乾凈呢，於是就只草草洗了洗手就大模大樣上街了。結果，街上的人都笑痛了肚子，還以你傑克大叔是個瘋子呢。」 父親鄭重地對愛因斯坦說：「其實，別人誰也不能做你的鏡子，只有自己才是自己的鏡子。拿別人做鏡子，白痴或許會把自己照成天才的。」 愛因斯坦聽了，頓時滿臉愧色，從此離開了那群頑皮的孩子們。他時時用自己做鏡子來審視和映照自己，終於映照出了他生命的熠熠光輝.......