趣味物理学-第3部分

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的虚线箭头a　的方向移动，帆船的这两个运动——实际运动跟视运动——
按照平行四边形定律加合起来，结果使舢板上的乘客觉得帆船是沿着用a
和b　做两邻边的平行四边形的对角线移动，也正是这个缘故，舢板上的乘
客才会认为帆船的出发点不是岸上的M　点，而是N　点，照舢板前进方向来
说，是比M　点更在前面。

我们在跟着地球沿公转的轨道移动，遇到星体的光线的时候，对于各
星体位置的判断，也正犯了舢板乘客判断帆船位置的同样错误。因此，各
星体的位置对于我们或多或少有沿地球行动方向向前移了一些的感觉。当
然，地球移动的速度跟光速相比是太渺小了（只等于光速的10，000　分之
一）；因此，星体的视位移也并不显著，但是这个位移仍旧可以用天文仪
器来发现。这个现象叫做光行差。

假如这类问题引起了你的兴趣，那么，请你试就上面所提的帆船的题
目把下面几个问题回答一下：

（1）对于帆船上的乘客，他们觉得舢板正向什么方向行进？
（2）帆船上的乘客认为这只舢板要划向什么地方去？
要回答这两个问题，应该在a　线上
画出速度的平行四边形；这个平行四边形的对角线就表示帆船上的乘客认
为舢板行驶的方向，以为舢板正在他们面前斜驶，仿佛正预备靠岸一样。

第二章重力和重量·杠杆·压力

请站起来！

假如我向你说：“请你坐到椅子上去，我可以肯定地说，你一定站不
起来，虽然并没有用绳子把你绑在椅子上面。”你一定要认为这话是在开
玩笑。

好的。那么，请你象图10　的样子坐下来，把上身挺直，而且不准把
两只脚移到椅子底下去。现在，不准把上身向前倾，也不许改变两脚的位
置，请你试试看站起身来。

怎么，不成吧？无论你花多大力气，只要不把上身向前倾或者把两脚
移到椅子底下去，你就休想站得起来。

要明白这是怎么一回事，我们得先来谈些关于物体以及人体平衡的问


题。一个站立着的物体，只有当那条从它重心引垂下来的竖直线没有越出
它的底面的时候，才不会倒下，也就是说，才能够保持平衡。因此，象图
11　的那个斜圆柱体无疑的是要倒下去的；但是，假如它的底面很宽，从
它的重心引垂下来的竖直线能够在它的底面中间通过的话，那么这个圆柱
体就不会倒下了。在比萨和波伦亚的所谓“斜塔”以及在阿尔汉格尔斯克
的所谓“危楼”，虽然都已经相当倾斜，却并没有倒下来，正就是因为从
它们重心引下的竖直线并没有越出它的底面的缘故（当然还有次要的原
因，那就是这些建筑物的基石都是深埋在地面以下的）。

人在站立着的时候，也只在从他的重心引下的竖直线保持在两脚外缘
所形成的那个小面积以内的时候才不会跌倒。因此，用一只脚站立是比较
困难的；而在钢索上站立就更加困难：这是因为底面太小，从重心引下的
竖直线很容易越出它的底面的缘故。你可曾注意到老水手们走路时候的古
怪姿势吗？他们一生都在摇摆不定的舰船上度过，那儿从重心引下的竖直
线每秒钟都有可能越出两脚之间的面积的范围；为了不至于跌倒，老水手
都习惯把他们的身体的底面（就是两脚之间的面积）尽可能放大。这样他
们才可能在摇摆的甲板上立稳；自然，他们这种走路的方法也沿用到陆地
上来了。

我们还可以举出一些反面的例子，就是平衡增进了人体姿势的美观。
你可曾注意到，一个在头上顶着重物走路的人，他的姿势是多么匀称！大
家也都见过头上顶着水壶的女人的优美姿态。她们头上顶着重物，因此一
定要使头部和上身保持笔直的状态，否则，只要有一点偏斜，从重心（这
时候重心的位置比一般人提高了许多）引下的竖直线就会有越出底面范围
的危险，那么人体的平衡就要给破坏了。

现在，让我们还是回到方才坐定以后站起身来的那个试验上来。

一个坐定的人，他的身体的重心位置是在身体内部靠近脊椎骨的地
方，比肚脐高出大约20　厘米。试从这点向下引一条竖直线，这条竖直线
一定通过椅座，落在两脚的后面。但是，一个人要能够站起身来，这条竖
直线却一定要通过两脚之间的那块面积。

因此，要想站起身来，我们一定要把胸部向前倾或者把两脚向后移。
把胸部向前倾，是要把重心向前移；把两脚向后移，却是使原来从重心引
下的竖直线能够位置在两脚之间的面积之内。我们平常从椅子上站起身来
的时候，正就是这样做的。假如不准许我们这样做的话，那么，你已经从
方才的实际经验里体会到，想从椅子上站起身来是不可能的。

步行和奔跑

你对于自己每天都要做千万次的动作，应该是很熟悉的了。一般人都
在这样想，但是这种想法并不一定正确。最好的例子就是步行和奔跑。真
的，我们还有什么比对这两种动作更熟悉的呢？但是，想要找到一些人能
够正确地解答我们在步行和奔跑的时候究竟怎样在移动我们的身体，以及
步行和奔跑究竟有些什么不同，恐怕也并不太简单。现在我们先来听一听
生理学家对于步行和奔跑的解释。我相信，这段材料对于大多数的读者，
一定是很新鲜的。

假定一个人正在用一只脚站立着，而且假定他用的是右脚。现在，假


定他提起了脚踵，同时把身体向前倾①。这时候，从他的重心引下的竖直
线自然要越出脚的底面的范围，人也自然要向前跌倒；但是这个跌倒还没
有来得及开始，原来停在空中的左脚很快移到了前面，并且落到了从重心
引下的竖直线前面的地面上，使从重心引下的竖直线落到两脚之间的面积
中间。这样一来，原来已经失去的平衡恢复了，这个人也就前进了一步。

这个人自然也可以就是这样停留在这个相当吃力的状态。但是假如他
想继续行进，那么他就得把身体更向前倾斜，把从重心引下的竖直线移到
支点面积以外，并且在有跌倒倾向的同时，重新把一只脚向前伸出，只是
这一次要伸的不是左脚，而是右脚——于是又走了一步，就这样一步一步
走下去。因此，步行实际上是一连串的向前倾跌，只不过能够及时把原来
留在后面的脚放到前面去支持罢了。

让我们把问题看得更深入一些。假定第一步已经走出了。这时侯右脚
还跟地面接触着，而左脚却已经踏到了地面。但是只要所走的一步并不太
短，右脚脚踵应该已经抬起，因为正是由于这个脚踵的提起，才使人体向
前倾跌而破坏了平衡。左脚首先是用脚踵踏到地面的。当左脚的全个脚底
已经踏到地面的时候，右脚也完全提到空中了，在这同时，左脚的膝部原
来略略弯曲的，由于大腿骨三头肌的收缩就伸直了，并且在这一瞬间成竖
直状态。这使得半弯曲的右脚可以离开地面向前移动，并且跟着身体的移
动把右脚踵恰好在走第二步的时候放下。

接着，那左脚先是只有脚趾踏着地面，立刻就全部抬起到空中，照样
地复演方才那一连串的动作。

奔跑和步行的不同，在于原是站立在地上的脚，由于肌肉的突然收
缩，就强力地弹了起来，把身体抛向前方，使身体在这一瞬间完全离开地
面。接着身体又落到地上，但是已经由另外一只脚来支持了，这只脚当身
体还在空中的时候已经很快地移到了前方。因此，奔跑是一连串的从一只
脚到另一只脚的飞跃。

至于在平路上步行时候所消耗的能，它并不象过去想象那样的等于
零：步行的人的重心每走一步都要提起几厘米。可以计算得出，在平路上
步行时候所做的功，大约等于把步行的人的身体提高到跟所走距离相等的
高度时候所做的功的十五分之一。

从开动着的车子里下来，要向前跳吗？

这个问题，无论你把它向什么人提出，一定会得到相同的答案：“根
据惯性定律，是应该向前跳的。”但是，你不妨请他把这个道理说得更详
细些，问他：惯性对于这个问题究竟起着什么作用？我们可以预言，这位
朋友会肯定地滔滔不绝地开始叙述；但是，只要你不去打断他的话头，他
会很快就自己也迷惑起来了：他的结论竟是，由于惯性的存在，下车时候
相反地竟是要向跟车行相反的方向跳的。

真的，事实上，惯性定律在这个问题上只起着次要的作用，主要的原

因却是在另外一点上。假如我们把这主要的原因忘了，那么我们就真会得

到这样的结论：应该是向后跳而不是向前跳了。

①　生丁是法国货币的名字，一百生丁等于一法郎。

假设你一定得在半路上从车子里跳下来，这时候会发生些什么情况
呢？

当我们从一辆行驶着的车子上跳下的时候，我们的身体离开了车身，
却仍旧保有车辆的速度（就是要依惯性作用继续运动）要想继续前进。这
样看来，当我们向前跳下的时候，我们当然不但没有消除了这个速度，而
且还相反的把这个速度加大了。

单从这一点看，我们从车子上跳下的时候，是完全应该向跟车行相反
的方向跳下，而绝对不是向车行的方向跳下。因为，如果向后跳下，跳下
的速度跟我们身体由于惯性作用继续前进的速度方向相反，把惯性速度抵
消一部分，我们的身体才可以在比较小的力量作用之下跟地面接触。

事实上呢，无论什么人，从车上跳下的时候，总是面向前方的，就是
向行车的方向跳下的。这样做也确实是最好的方法，是由不知道多少次的
经验所证明了的；这使我们坚决劝告读者在下车的时候不要做向后跳跃的
尝试。

那么，究竟是怎么一回事呢？

我们方才那套“理论”跟事实所以有出入，毛病只是出在方才的解释
只说了一半，没有说完。在跳下车子的时候，无论我们面向车前还是面向
车后，一定会感到一种跌倒的威胁，这是因为两只脚落地之后已经停止了
前进，而身体却仍旧继续前进的缘故①。当你向前方跳下的时候，身体的
这个继续前进的速度，固然要比向后跳下的更大，但是，向前跳下还是要
比向后跳下安全得多。因为向前跳下的时候，我们会依习惯的动作把一只
脚提放到前方（如果车子速度很高，还可以连续向前奔跑几步），这样就
会防止向前的跌倒。这个动作我们是非常习惯的，因为我们平时在步行的
时候都在不断地这样做着：在上一节中，我们就已经说过，从力学的观点
上说，步行实际上就是一连串的向前倾跌，只是用一只脚踏出一步的方法
阻止着真正跌倒下去。假如向后倾跌，那么就不能够用踏出一步的方法来
阻止跌倒，因此真正跌倒的危险就大了许多。最后，还有一点也很重要：
即使我们真的向前跌倒了，那么，因为我们可以把两只手撑住地面，跌伤
的程度也要比向后仰跌轻得多。

所以，在下车的时候向前跳跃比较安全，它的原因与其说是受到惯性
的作用，不如说是受到我们自己本身的作用。自然，对于不是活的物体，
这个规则是不适用的：一只瓶子，如果从车上向前抛出去，落地的时候一
定要比向后抛出去更客易跌碎。因此，假如你有必要在半路上从车上跳
下，而且还要先把你的行李也丢下去，应该先把你的行李向后面丢出去，
然后自己向前方跳下。但最好自然是不要在半路上跳车。

有经验的人——例如电车上的售票员和查票员——时常这样跳：面向
着车行的方向向后跳下。这样做可以得到两重便利：一来减少了由于惯性
给我们身体的速度，另外又避免了仰跌的危险，因为跳车的人的身体是向
着车行的方向的。

顺手抓住一颗子弹

①　这时侯步行的人因为要向前踏开一步，向支点增加了原来体重以外大约20　公斤的压力。因此一个步行的
人对于地面所施压力要比一个站立的人大。

根据报载，在帝国主义之间的第一次大战的时候，一个法国飞行员碰

到了一件极不寻常的事件。这个飞行员在2000　米高空飞行的时候，发现

脸旁有一个什么小玩意儿在游动着。飞行员以为这是一只什么小昆虫，敏

捷地把它一把抓了过来。现在请你想一想这位飞行员的惊诧吧，他发现他

抓到的是。。一颗德国子弹！

你知道敏豪生伯爵①的故事吗？据说他曾经用两只手捉住了在飞的炮

弹，法国飞行员的这个遭遇跟这个故事简直太相象了。
然而在法国飞行员这个遭遇里，却