在我們的日常生活中，總有一些稀松平常的事件正在發(fā)生，比如：人的頭發(fā)總是垂直往下生長(zhǎng)，高處的東西最終會(huì)落到地面上，江河瀑布的水流總是奔騰著往低處流淌……在這些中，最為出名的當(dāng)屬牛頓和蘋果的故事了。

據(jù)說，為了躲避瘟疫而回到老家的牛頓，在某一個(gè)下午，坐在莊園的一棵蘋果樹下思考關(guān)于地球引力的問題。就在這時(shí)，一顆成熟的蘋果剛好從果樹上掉落下來，砸中了牛頓的腦袋。這一小插曲，非但沒有打斷牛頓的思考，反而激發(fā)了他的思維。他想：蘋果為什么偏偏墜向了地面？如果地球和蘋果是互相吸引的，那么行星繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，也是互相吸引的？蘋果落向地面的力和使行星保持在它的軌道上的力是否有關(guān)呢？

就這樣，牛頓在前人的工作基礎(chǔ)上，將表面看似互不聯(lián)系的力學(xué)知識(shí)關(guān)聯(lián)起來。而今天，我們又將站在牛頓的肩膀上，一起探尋“力”的秘密。

萬有引力

在物理學(xué)發(fā)展的長(zhǎng)河中，牛頓的名字一定是閃閃發(fā)光的存在，他提出的牛頓三大定律和萬有引力定律奠定了整個(gè)現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。

來到天津科學(xué)技術(shù)館探索發(fā)現(xiàn)展區(qū)，就有這樣一件以“萬有引力”命名的展品。

參觀者轉(zhuǎn)動(dòng)展品下方的手柄，展品內(nèi)部就會(huì)釋放一枚小球出來。仔細(xì)觀察小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，就可以探尋到宇宙行星的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律，了解牛頓是如何在德國(guó)科學(xué)家開普勒建立的行星運(yùn)動(dòng)三定律上推演出萬有引力定律的。

實(shí)驗(yàn)檔案

實(shí)驗(yàn)名稱：萬有引力

實(shí)驗(yàn)原理：萬有引力是由于物體具有質(zhì)量而在物體之間產(chǎn)生的一種相互作用，自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的。展品中小球所受的重力模擬的是太陽(yáng)系的萬有引力，小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢圓形，這正是開普勒第一定律：每一行星沿各自的橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)，而太陽(yáng)則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在小球運(yùn)動(dòng)的過程中，由于受到重力和摩擦力的作用，小球滾動(dòng)的軌跡越來越小，滾動(dòng)速度卻越來越快，但它的軌跡形狀始終都是橢圓形的，最終小球會(huì)落入中心的洞里。

一頭扎進(jìn)“實(shí)驗(yàn)”中

趣聊科學(xué)家之牛頓

牛頓在老家躲避瘟疫的日子，從來沒有一天中斷過學(xué)習(xí)和研究。除了蘋果樹上的蘋果，鄉(xiāng)下孩子們遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋出去的石頭，從頭上用力轉(zhuǎn)過卻不灑落的牛奶都是他的觀察對(duì)象。

他從身邊小事出發(fā)，逐步推演至浩瀚的宇宙太空、周行不息的行星，廢寢忘食地計(jì)算和驗(yàn)證著這些龐然大物之間力的相互作用。

有次，牛頓的位朋友來探望他。到了就餐的時(shí)間，這位朋友等了牛頓好久，也不見他離開實(shí)驗(yàn)室。肚子餓到“咕咕”直叫的朋友實(shí)在是忍受不了饑餓的折磨，獨(dú)自把桌上的烤雞吃了。又等了好會(huì)兒，依日不見牛頓的身影，只好獨(dú)自離開。朋友走后，牛頓的實(shí)驗(yàn)終于告一段落，埋頭實(shí)驗(yàn)的時(shí)候不覺得餓，此時(shí)牛頓才發(fā)現(xiàn)他早已饑腸轆轆了，他連忙招呼助理起去吃飯，誰曾想剛好看到了朋友吃剩下的雞骨頭，牛頓哈哈一笑，對(duì)助手說：“我還以為自己沒吃飯呢，原來早就已經(jīng)吃過了呀！”

正是因?yàn)榕ｎD這種不懈努力、執(zhí)著探索的精神，才成就了他輝煌卓越的一生。

自由落體運(yùn)動(dòng)的真相

告別牛頓和他的萬有引力定律，你已經(jīng)可以運(yùn)用科學(xué)思維來思考身邊無處不在的“重力”事件了。那么，現(xiàn)在請(qǐng)進(jìn)階的你思考這樣一個(gè)問題：不同的物體之間，下落的速度是否相同呢？一一早在古希臘時(shí)期，哲學(xué)家亞里士多德就提出物體下落的速度是由物體本身的重量決定的，物體越重，下落得越快；反之，則下落得越慢。受當(dāng)時(shí)亞里士多德的名聲和地位的影響，人們對(duì)他的這個(gè)結(jié)論深信不疑。

直到意大利的物理學(xué)家伽利略挺身而出，推翻了當(dāng)時(shí)被奉為真理的亞里士多德的學(xué)說，并提出了自由落體定律：落體運(yùn)動(dòng)是勻加速的，通?？吹讲煌矬w下落之所以有快有慢，并不是物體重量不同，而是由于空氣阻力。

羽毛和小球

來到河南省科學(xué)技術(shù)館探索發(fā)現(xiàn)展廳，有一陣由透明管、轉(zhuǎn)盤、羽毛和小球等物品組合而成的展品。

固定在轉(zhuǎn)盤上的兩個(gè)透明管內(nèi)裝有相同的羽毛和小球，只不過一個(gè)管中充滿了空氣，另一個(gè)則是真空狀態(tài)。

按下啟動(dòng)按鈕，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)180度，觀察兩個(gè)管中小球和羽毛下落的軌跡，來徹底地打破你的固有認(rèn)知吧。

實(shí)驗(yàn)檔案

實(shí)驗(yàn)名稱：下落一樣快嗎

實(shí)驗(yàn)原理：影響落體運(yùn)動(dòng)快慢的因素在于空氣阻力。沒有空氣阻力，只在重力作用下，質(zhì)量不同的物體下落快慢相同。我們把物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)，稱為自由落體運(yùn)動(dòng)?？諝夤苤幸虼嬖诳諝庾枇?，空氣阻力對(duì)羽毛下落的影響大于對(duì)小球下落的影響，因此空氣管中小球先落地；真空管中，羽毛和小球都只受到重力的作用，且都從靜止?fàn)顟B(tài)開始下落，下落的加速度又都是重力的加速度，因此真空管中二者幾乎同時(shí)落地。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：羽毛和小球自由下落時(shí)，有空氣的管內(nèi)小球先落地，而真空管內(nèi)小球和羽毛幾乎同時(shí)落地。

事實(shí)勝于一切

趣聊科學(xué)家之伽利略

相傳，伽利略曾在萬眾矚目下，登上意大利的著名景點(diǎn)比薩斜塔，將兩個(gè)重量不同的鐵球自塔頂扔下，結(jié)果兩球同時(shí)著地。這個(gè)著名的自由落體實(shí)驗(yàn)將伽利略的名字和比薩斜塔緊緊綁在了一起。

雖然關(guān)于比薩斜塔實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性存在爭(zhēng)議，但在比薩大學(xué)的課堂上，伽利略確實(shí)曾一只手拿著一塊磚，另一只手拿著用水泥砌在一起的兩塊磚，對(duì)著茫然的學(xué)生們說了這樣一句話：“各位同學(xué)，經(jīng)過我長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量和計(jì)算，我得出了一個(gè)結(jié)論，亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的?！?/p>

他的話音剛落，課堂頓時(shí)像進(jìn)了水的油鍋，炸開了花。

在學(xué)生們的質(zhì)疑聲中，伽利略爬上桌子，把磚頭舉到齊眉的高度，松開了手。“砰”的一聲，兩塊磚落在地板上。他大聲問道：“質(zhì)量大的下落得快嗎？”學(xué)生們搖了搖頭，兩塊磚是同時(shí)落地的。

伽利略再次拋下磚頭，“砰”的一聲，他又問道：“質(zhì)量大的下落得快嗎？”學(xué)生們默默地?fù)u頭。

于是，在學(xué)生們的目瞪口呆中，伽利略再次斬釘截鐵地宣布亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

搬上月球的實(shí)驗(yàn)

在地球上，因?yàn)榭諝庾枇Φ拇嬖?，?shí)驗(yàn)結(jié)果總會(huì)存在一定誤差。為了驗(yàn)證伽利略自由落體實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，1971年，美國(guó)“阿波羅15號(hào)”宇航員大衛(wèi)·斯科特還帶著一根羽毛和一把錘子登上了月球。在真空的環(huán)境下，他向全世界的人們直播了同時(shí)拋下這兩樣?xùn)|西。結(jié)果證實(shí)，羽毛和錘子確實(shí)是同時(shí)落下的。斯科特事后說道：“這證明伽利略先生是正確的?！?/p>

神奇的重心

雙腿站立時(shí)雖然平穩(wěn)，但時(shí)間久了就會(huì)酸痛，這時(shí)如果抬起一條腿，你會(huì)覺得身體晃晃悠悠，腳下要不住地調(diào)整才能站穩(wěn)身體。而這個(gè)現(xiàn)象就與我們常說的重心有關(guān)。

物體各部分所受重力合力的作用點(diǎn)，叫作重心。任何物體都有重心，而且只有一個(gè)重心，其位置與物體的形狀、質(zhì)量分布有關(guān)。

保持平衡是個(gè)技術(shù)活

繼續(xù)深入探索發(fā)現(xiàn)展廳，有件由一根吊掛的拐杖和一個(gè)帶有可移動(dòng)配重的豎桿組成的展品。

參觀者可以上下調(diào)節(jié)配重，感受配重高低對(duì)于保持豎桿豎直的難度差異；也可以嘗試如何用一根手指頂穩(wěn)豎桿，讓豎桿保持豎直狀態(tài)；還可以用手指在拐杖上移動(dòng)，尋找合適的支撐點(diǎn)，使其保持平衡。

實(shí)驗(yàn)檔案

實(shí)驗(yàn)名稱：尋找平衡點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)原理：通過與展品互動(dòng)，可以了解到重心所在的位置對(duì)其的平衡起到了至關(guān)重要的作用。重心越高，物體越不容易保持平衡；重心越低，物體越容易保持平衡。

不會(huì)摔倒的自行車

了解了重心相關(guān)的知識(shí)，就可以來體驗(yàn)驚險(xiǎn)刺激的高空自行車項(xiàng)目了。

想到平時(shí)騎自行車時(shí)，一不小心傾斜車身就會(huì)隨之傾倒的場(chǎng)景，是不是頓時(shí)覺得騎車在鋼絲上行駛簡(jiǎn)直是不可思議的行為？但這輛空中自行車可是有一個(gè)能保持平穩(wěn)騎行、絕不會(huì)傾斜摔倒的秘密武器。

實(shí)驗(yàn)檔案

實(shí)驗(yàn)名稱：高空自行車

實(shí)驗(yàn)原理：自行車下方的配重穩(wěn)定裝置，使配重、人、車形成了一個(gè)整體，這個(gè)整體的重心處在支點(diǎn)下方，穩(wěn)定度就會(huì)提升。因此高空自行車在鋼絲上行駛時(shí)，并不會(huì)向兩側(cè)歪斜甚至摔倒。

其實(shí)在我們的生活中也有不少巧妙利用重心的事例。就比如搬運(yùn)貨物時(shí)，將重物放在最下面，依次壘落更穩(wěn)定，搬運(yùn)更輕松、安全。還有我們把玩的不倒翁，下重上輕，底部大而圓滑，降低了重心，穩(wěn)定性就高了，自然也就不會(huì)倒下。觀察仔細(xì)，找找你身邊重心的妙用吧！