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碑，一般都重达几千公斤。这些影碑都是古代劳动人民从石材产地运来的，
而在当时，既没有汽车，又没有火车，这些几千公斤重的影碑是怎样运进京
城里的呢？
劳动人民的智慧是无穷的。运送影碑时，先把它们装上大船，沿水路载
运。到了没水的地方，等到严冬，利用冬天的严寒天气，在路面上浇水，等
路面上冻了一层冰以后，将影碑放到冰上向前拉，拉一段，泼一段水，结一
段冰，再向前拉一段，最后一直拉到故宫。从物理原理来讲，这就是聪明智
慧的劳动人民在利用减少石块跟地面之间的滑动摩擦系数从而减少滑动摩擦
力的巧妙方法来运输影碑这种庞然大物的。
生活中的物理应用
人们在日常生活中积累了许多经验。现在介绍几个需要减小摩擦力和增
大摩擦力的实例。
当门锁因为生锈发涩不好打开时，可将铅笔芯削成碎粉末注入锁孔，这
样锁就容易打开了。当向木板中钉钉子时，用肥皂水蘸一下钉子再钉就容易
多了。当拉锁不流畅时，可向拉锁上抹一点石蜡，这样拉锁会变得好拉了。
上述三种方法都是为了减小摩擦力。
有时，人们还要有意增大摩擦力。比如，拉胡琴时要在弓上抹点松香，
这样发出的声音才响亮。又如车轮刹车一般是用胶皮来制动。由于胶皮跟车
圈间产生的摩擦力较大，有利于迅速把车轮刹住，不让其继续转动。山地自
行车的外胎纹槽更深，这也是为了增大跟地面间的摩擦力。
为什么自行车在行驶时不会跌倒
自行车两点着地却在行驶中不会跌倒，这个看来平常的事，却说明了一
个科学道理：凡是高速转动的物体，都有一种能竭力保持转动轴方向不变的
能力。高速旋转的陀螺就是一个好的例证。
自行车的前轮和后轮在行驶时，就是两个迅速转动的物体，也有保持转
动轴方向不变的能力，这个能力就使自行车不会倒下。当车要倒下时，人会
本能地调正车轮方向保持平衡。
为什么衣服被挂破总是直角形的
当衣服的某一点被一个东西挂住，而人又给了一个反方向的拉力，这会
对布造成破坏力，这时的破坏力应该是和拉力的方向一致的，为什么会出现
直角两个方向的破坏呢？这和布的结构有关。布是以经线和纬线编织而成，
最薄弱的环节就是单纯的经线或单纯的纬线，而受力方向往往是经线方向和
纬线方向两个力的合力方向，这就是布的最牢固的方向。破坏总是从最弱点
开始的，所以就形成了直角的裂口，也就是说这个破坏衣服的力量总是分解
成相互垂直的分力，一个沿纬线的方向，一个沿经线的方向。
为什么胶合板的层数都是单数
胶合板是我们生活中常见的建筑、装饰型木材，一般都分为三合板、五
合板、七合板……等，为什么它们都是单数层呢？
胶合板采用单数层的目的是为了使胶合板有一个中间核心层，一方面使
两面的薄板受到核心层的牵制，另一方面使中间层也受到外层的制约。因此
总是按木板纹理一块横，一块直交错重叠胶合起来的，使薄板相互牵制，不
易翘曲或折断。如果采用双层数，虽然是一横一直的排置，可是最外两层薄
板纹理不一致，就会出来一面的木板朝里收缩，另一面的木板朝横收缩，结
果胶合板两面的大小就不同了；而且，由于外面两层木板的纹理方向不同，
对中间层的制约作用也会失去，因此胶合板都是单数层。
神奇的浮力
在自然界，我们经常可以看到一些司空见惯的现象，但有时并没有想过
造成这种现象的原因。例如当被问到船只在海里沉没时，最终会停止在何处？
这与海水的深度有关吗？大家一定回答是沉入海底。但是为什么会这样呢？
有人会说是由于重力的作用。而听了下面的解释，你又会怎么想呢？你认为
这种说法对吗？
由阿基米德的浮力原理可知道，物体的飘浮性决定于客观存在的平均密
度，而不是它的重量。如果物体的平均密度比液体的密度大，那么它就下沉；
密度相同时，物体就可悬浮在液体中。深处的水由于受到上面水的重压，密
度会增加，海水越深，密度越大，那末到了相当的深处，海水的密度一定就
可以达到与船的平均密度相等。假使船沉到此处，就不会再沉下去，因为再
沉去就会碰到密度更大的海水，而被推上来了。因此，沉船会悬浮在相当深
的海水里，而不一定沉到海底。
好象结论很正确，因为海洋深处的压强是非常巨大。在海洋中深度每增
加 10 米，每平方厘米就增加 10．094 牛顿的压力，这相当于 1 标准大气压。
在许多地方，海洋的深度有好几千米，那里的大气压强是非常巨大的。有的
海员常和没有经验的旅客开玩笑，用很长的绳子把一塞紧瓶塞的空瓶子系上
重物沉入很深的海里。当把瓶子提上来时，里面竟装满了海水 1 旅客很惊讶，
因为瓶塞仍在上面紧紧地塞着。其实，这是海水的压强在作怪。当瓶子下沉
时，深水中的高压把瓶塞压入瓶中，使瓶子装满水；瓶子提上来时，由于压
力减小水膨胀而把瓶塞推回原处。
现在我们再回到原来的沉船问题上。虽然海洋深处有着巨大的压强，但
是水象所有液体一样，几乎不能被压缩。也就是说，无论多大的压强，总不
能把水压得比它原来体积小很多。1 大气压只能使水的体积缩小 1／22000。就
是在最深的海洋下，水的密度也增加不到 5％，不可能增加到与船的密度一
样大，所以船在一般海里沉没时，毫无疑问地都会沉到海底。
但对一些内陆的特殊海来讲，则是另外一种情况。例如死海，它的海水
密度很高，平常的海水约含盐 2％或 3％，而死海里水的含盐量高达 27％以
上。就是说有 1／4 的重量是盐，所以那里的海水的浮力很大，人和船都不会
沉没于水中。如果人在死海中游泳，绝对淹不死。你可以仰躺在水面上；甚
至，完全可以抬起头来，让身体在水面上浮着，只有脚跟浸入水中。因此与
其说是在水里游泳，还不如说是在水面上“游泳”。
我们如果仔细观察船舷，会发现它们上面都画了若干条横线——吃水
线。它表示船在各种密度的水里，满载时的最大吃水深度，超过此线，船就
可能下沉。在不同的海洋中，水的密度不同。吃水线在咸水里比较低，在淡
水里比较高。这些吃水线的位置实际上也与浮力有关，因为船浸入水的深度
决定于液体的密度。即当船上装着同样的货物，在海水里行驶，船就浮得高
些，而行驶到大河等有淡水的地方，就会浮得低点。实际上每一条船都能够
用来测量海洋中水的密度。
液体的密度能不能用简单的办法来测量呢？回答是肯定的，可以使用密
度计。它是一种测量液体密度的仪器，像船上的吃水线一样，密度计上不同
的刻度值表示了不同液体的密度值。在使用密度计时，只要把它插入液体，
它就会竖直地浮在液体中，液面所对应的刻度值就是该液体的密度值。
密度计实际上是根据沉浮原理制造的。如果物体平均密度大于液体的密
度，那么物体就要浮起来。待测量的液体密度越大，被密度计排开的液体就
越少，密度计浸在液体里的深度也就越浅些，即液体密度越大，密度计浮起
的越高。
最后我们再看一个有趣的问题，它的答案是许多人意想不到的。经常有
人开玩笑问：一吨铁重还是一吨木头重？有些人会想也不想地说一吨铁重，
结果引起周围人的哈哈大笑，他忘记了都是一吨重。
但是要是有人回答一吨木头重的话，那么周围的人一定会笑得更厉害，
认为这个人比第一个人更笨。可是这个看似荒谬的回答，实际上非常正确。
这是什么原因呢？原来阿基米德原理不但对液体适用，对气体也同样适
用。因此一个物体的真正重量，应该是它在真空中称出的重量。可是我们平
常所说的重量，都是在空气里称出来的。既然是在空气里称出的，就要受到
空气浮力的作用。如果 F 表示空气浮力，P 表示物体的重力，所以在空气中
物体称出的重量是 T＝P…F，方向向下。因而要求出物体的真正重量 P，就应该
把空气的浮力也加上去。在这个问题里，木头的真正重量，应等于在空气中
一吨木头的重量再加上木头所排开的空气的重量；而铁的真正重量则是在空
气中一吨铁的重量再加上铁所排开的空气的重量。
但是，一吨木头所占的体积大约是一吨铁的 16 倍，一吨木头的体积约占
2 立方米，而一吨铁约占 1／8 立方米。我们知道空气的重量是每立方米 1．29
公斤，所以木头和铁所排开的空气重量分别为 2．58 公斤和 0．16 公斤，两者
相差约 2．42 公斤！也就是一吨木头比一吨铁重 2．42 公斤。确切地说，在空
气里重一吨的木头的真正重量，比在空气里重一吨的铁的真正重量重。
因此对于这个问题，正确的答案应是：如果是在空气中称它们，然后在
真空中比较的话，一吨木头重。可见弄清在什么条件下称重量，以及在什么
条件下进行比较，对于得出正确的答案来说是相当重要的。
潜水艇的奥秘
很久以前，人们就设想在茫茫大海中，从水下隐蔽地袭击敌方的舰艇。
18 世纪 30 年代，世界上制成了第一艘潜水艇，由于性能差，没能用于海战。
到 20 世纪初，才出现了设备比较完善的潜水艇。第二次世界大战中，潜水艇
发挥了巨大的作用，各国仅被它击沉的舰船就达到了 4210 艘！潜水艇能够象
鱼一样，可在水面上航行，也可以沉到海洋深处潜伏前进。而普通的船，只
能在水面上航行。
这是为什么呢？原来潜水艇上有一些被称为“水舱”的舱体。当潜水艇
需要下沉时，就打开阀门，让海水注入水舱，使潜艇重量逐渐增加而渐渐下
沉。当需要让潜水艇处于水中某一深度行进时，只需让水舱注入适当量的海
水就行了。如果需要潜水艇上浮，就用机器把大量压缩空气注入水舱，排出
舱中海水，减轻艇的重量，潜水艇就会迅速浮出水面。
这实际上是阿基米德原理的应用。原理告诉我们：浸在液体中的物体受
到一个向上的浮力，它的大小等于物体所排开的液体受到的重力。所以，水
舱储藏水量的多少是潜水艇上浮、下沉、保持深度的一个重要因素。
潜水艇不是一般的舰艇，主要是在水下进行战斗活动，靠水下隐蔽来发
挥它的攻击威力。它除了能在一定深度的水中航行外，还应该能够潜伏在水
下一定深度不动，给敌人以出奇不意的攻击。但是当潜艇所处深度的水的密
度发生变化时，它就不能保持稳定。虽然潜艇可以通过做一些小的调整来对
付这一变化，但是这种调整是不现实的，因为潜水艇的一些细微动作，都可
能被敌方侦察到，所以有了一个问题：应该如何使潜水艇保持其稳定状态呢？
要使潜水艇在水中能维持稳定，海水密度应随深度的增加而增加。这时
若潜水艇稍微上移，有一向下的合力，使它又回到原来的深度；若潜水艇稍
微下移，有一向上的合力，也要使它回到原处。海水密度与水温成反比，与
含盐量成正比，而后二者都随水深的增加而下降。故在 25～200 米水深处，
潜水艇能找到一些区域（称为温跃区），其水温会随着水的深度的增加而急
速下降，从而抵消含盐量的下降，从而提供了保持稳定性的条件，使潜水艇
能够在这些区域潜伏不动。
阿基米德原理在航海、航空及其生产建设与日常生活中，都有着广泛的
应用。人类很早就能利用浮力了，最初只是无意识地应用它，后来人们有意
识地分析、研究自然界中的现象，得出各种理论，反过来又能指导生产出各
种产品，服务于人类。比如，从井中打一桶水。当桶还在水中时，好像向上
提并不费力，但桶露出水面后，就感到很重。这就是因为浮力作怪。桶在水
中除受到向上的拉力和向下的重力作用外，还受到向上的浮力作用，所以人
感到一桶水很“轻”；而桶露出水面后，浮力就开始减小，直到最后完全消
失。
破冰船正是以类似的方式工作的。当在极地区域航行时，往往会遇到巨
大冰块阻止船前进。这时就需有像破冰船一类构造的船才能继续前进。另外，
当严冬降临时，北方的港口和海面常常发生冰封，阻塞航道。为了便于船舶
出入港口，常需破冰船进行破冰。破冰船凭借着强大的发动机，可使其向上
倾斜的船头爬上冰面。船首露出冰面后，把它的整个重量全压在冰上，这样
就能毫不费劲地把冰压碎。为了增加船头的重量，在船头还装上专门的水舱，
必要时注满水。如果冰层较厚，破冰船往往要后退一段距离，然后再向前猛
冲。一次不行，就反复冲，直到把冰层冲破。破冰船就是这样不断前进，在
冰上开出一条通道来的。
在波涛汹涌的大海上，每年总会沉没大大小小的船只，它们堵塞航道，
对船舶航行造成极大的威胁。另外在一些极有价值的古代沉船上，宝藏极为
丰富。因此，打捞沉船成为必要。沉船的打捞方法多种多样，但原理几乎都
是利用浮力。象广泛使用的浮筒打捞法，就是把一些浮筒注满水后沉放排列
在沉船的两舷，然后将钢绳套在浮筒的桩头上，开动机器，向浮筒中充压缩
空气，使浮筒内的水排出，浮筒受到的浮力就可将沉船抬出水面。
同液体有浮力一样，空气也有浮力。气球和飞艇就是利用空气的浮力升
入空中的。不过航空上把这种浮力称为升力。
中国很久以前就发明了一种松脂灯，用竹篾和纸糊成灯笼，灯下部放一
块燃烧着的松脂。当灯笼内空气被加热后，体积膨胀，跑掉一部分热空气，
使灯外的空气对它产生了升力，这样灯笼就可飞上高空，用作军事信号。这
也是最原始的热气球。
气球和飞艇的主要组成部分是气囊。气囊内充有密度比空气小的气体，
如热气、氢气或氦气。如果气球或飞艇自重加上所载物体的重量小于气囊排
开的空气重量，即小于受到的升力，气球或飞艇就会升入空中。由于高空中
空气越来越稀薄，密度在减小，所以气球或飞艇所受的升力等于它受到的重
力，就不再上升而停在某一高度漂浮。当需要降落时，只需放出气囊中的部
分气体就行。
气球和飞艇有着多种用途。气球用于气象和天文观测，进行各种科学试
验、转播电视节目和进行通讯等。气球只能随风漂游，不能按照预定的航线
飞行，而飞艇上装有发动机，可以控制飞艇的飞行方向和速度，所以它可用
来进行空中运输、地质考察和治安防卫等。
在医学上，浮力还有一个特殊的用途——水疗法。如果病人的四肢肌肉
或关节有病、受伤，医生可以让他浸在水中，利用身体受到的浮力作用，使
病人只要用很小的力，就能使四肢活动，进行治疗。
浮力还有许多用途，如农业生产上用盐水选种及港口气体防浪堤的建造
等等。
蜡烛的精神
一根蜡烛长 18 厘米，质量 59 克，密度 0．9 克／厘米 ，如果把蜡烛竖直
3
放在水中，保持它稳定不倒，必然有一部分浮出水面。这样，蜡烛仍然可以
点燃发光。随着蜡烛烧去一部分，原来沉没在水下部分的蜡烛，它所产生的
浮力就会大于蜡烛的重量，于是浮力使蜡烛继续浮出水面。问蜡烛何时被水
淹灭，蜡烛灭时还剩多少厘米？
答：由于蜡烛的密度为 0．9 克／厘米 ，所以蜡烛浮出水面的长度是总长
3
的 1／10，在水中部分的长度为总长的 9／10，这样才能使蜡烛的重量和水对它
的浮力平衡。
上述关系在蜡烛的燃烧过程中仍然成立，也就是说，当蜡烛烧去一截以
后，它浮出水面的长度仍旧是目前总长度的 1／10。由此推论，蜡烛自始至终
浮出水面 1／10 的长度。只要水面非常平稳，这种发展将无穷无尽，最后可以
认为蜡烛会全部烧完。
到此为止，使人感到蜡烛的精神确实可贵，不仅在空气中，就是浮在水
上，也是“蜡炬成灰泪始干”。
蜡烛的立场
随之而来，我们会发现又一个问题：为什么把蜡烛竖直放在水中会非常
1
难？它往往一侧身，就横着躺在水面上。尽管这时它仍然浮出水面10的体
积，可是无法点燃，也就不能无私奉献了。请你解释一下，它为什么会站不
稳？
L
答：蜡烛的重心O在 位置，重力G向下可以看做是作用在O点上。蜡
2
烛的浮力 F 向上，作用在蜡烛役在水中部分的中点 P 的位置。G 和 F 大小相
等、方向相反，分别作用在 O 点和 P 点。这种作用方式是不稳定的，只要稍
微�