當然，這個實驗是非常不精確的，因為人體是不均勻的，例如，大腿的重心和紙板做的相差很遠，這里只是一個初步的了解。真正的運動生理學研究方法要復雜得多。用計算機來采集分析運動員的動作、重心位置以及身體各部分的相互配合等問題已經成為各國分析診斷運動員的常規方法。例如，用高速錄像機拍下投擲物出手后幾秒鐘內的運動軌跡和狀態，就可以精確地研究運動員的動作。計算機能計算出最佳的數據，并能與實際情況比較，及時改進運動員投擲時的姿態、出手動作，進而提高成績。

在鐵餅運動場上，奧運會金牌得主、美國的艾爾·奧特，曾在1956年、1960年、1964年、1968年連續獲得奧運會金牌，而且每次都刷新記錄，被稱為運動場上的"常青樹"。

他利用電腦診斷系統研究自己的投擲動作，原來以為自己的技術動作相當完美，但是竟發現自己投擲臂與身體所成的夾角不合適，還發現雙腳正是最需要蹬緊地面之時自己竟然跳離了地面。靠電腦的幫助，他找到了肉眼無法察覺的兩個錯誤，正是這種錯誤導致失掉了一部分本應傳到鐵餅上的力，造成投擲力量不足。后來他通過電腦"教練"的糾偏，投擲成績不斷刷新，后以70.86米的成績刷新世界記錄。如靠人自己來糾正，起碼要10年時間。

羽毛和鐵塊會同時落地嗎？

眾所周知，羽毛的重量是非常輕的，我國古語中就有"輕如鴻毛"這樣的說法，而鐵塊是非常重的，拿在手中感覺總是沉甸甸的。那么如果在高處把同樣重量的羽毛和鐵塊同時拋下，誰會先著地呢？也許你會想，鐵塊那么重，當然是鐵塊先落地啊！可是，事實真是這樣嗎？

世界古代史上最偉大的哲學家、科學家和教育家之一--柏拉圖的學生、亞歷山大的老師--亞里士多德認為，地球是宇宙的中心，是一切空中運動物體的天然歸宿。物體的重量越大，其趨向天然位置的傾向也越大，所以其下落的速度也越大。簡單地說，就是物體下落的速度與質量成正比。這樣的解釋就可以說明許多事物，比如說羽毛比石頭輕，它的下落速度就會比石頭慢。

亞里士多德的許多思想被人們所堅信，再加上他的學說被宗教所利用，因此，他的空中物體自由運動理論便成為了當時最經典最權威的理論，統治人們的思想達兩千年之久。直到1636年，一個名叫伽利略的科學家對亞里士多德這一學說提出了疑問。

他在他的《兩種新科學的對話》一書中寫到：依照亞里士多德的理論，假設有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當兩塊石頭被綁在一起的時候，下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個物體下落速度在4～8之間。但是，兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應該大于8，這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度不應該是由其重量決定的。他在書中設想，自由落體運動的速度是均勻變化的。

在課堂上，在學生們的面前，伽利略把一塊磚和另外一只手的兩塊磚同時從相同的高度扔了下來，結果證明亞里士多德的結論是錯誤的，但是，大多數人都不愿接受伽利略的科學發現。他的朋友里奇，一名數學家，看到伽利略的磚塊落地演示后，說道："我只承認兩塊磚塊與一塊磚塊是以相同的速度落地的，但是我仍不能輕易相信亞里士多德的理論是錯誤的，你還是找另外的實例再來證明吧!"此時，伽利略認為自己需要公開進行一次更有說服力的實證演示，讓眾人接受他的觀點。據說，為了演示新發現，他站在著名的比薩斜塔頂上，從191英尺的高度同時扔下一個10磅的鉛球和一個1磅的鉛球，兩個鉛球同時落地，頓時全場嘩然，伽利略的理論隨著這次實驗被越來越多的人認同。

伽利略的這一科學發現，不僅在物理學史上而且在整個科學史上都占有極其重要的地位。他不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點，更創立了研究自然科學的新方法。伽利略在總結自己的科學研究方法時說過："這是第一次為新的方法打開了大門，這種將帶來大量奇妙成果的新方法，在未來的年代里，會博得許多人的重視。"后來，惠更斯繼續了伽利略的研究工作，他導出了單擺的周期公式和向心加速度的數學表達式。牛頓在系統地總結了伽利略、惠更斯等人的工作后，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律。

伽利略留給后人的精神財富是極其珍貴的，對此，愛因斯坦曾有過這樣的評價："伽利略的發現，以及他所用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正的開端!"為了紀念伽利略的功績，人們把木衛一、木衛二、木衛三和木衛四命名為伽利略衛星。

"不倒翁"不倒的秘密

同學們小時候最常玩也最喜歡玩的玩具之一當屬不倒翁了，被扳倒后它會自動站起來，怎么也扳不倒，好神奇!于是我們開始拿其他東西做實驗，喝水的杯子、拼好的積木、玩具汽車、毛絨玩具……一個個被扳倒后都不再動彈，可是為什么唯獨"不倒翁"倒不下去呢?它的穩定程度怎么會這么好?難道有神奇的力量在支撐著它不成?

不知道大家注意沒有，不管用什么材質做成的不倒翁，它下面的部分都很重，上面的部分相對較輕，這就是應用了物理學中"重心越低越穩定"的原理，也就是上輕下重的物體比較穩定的道理。當不倒翁在豎立狀態處于平衡時，重心和接觸點的距離最小，即重心最低。偏離平衡位置后，重心總是升高的。因此，這種狀態的平衡是穩定平衡。所以不倒翁無論如何搖擺總是不倒的。

走鋼絲的雜技演員，手持平衡棒也是為降低重心位置，達到平衡的目的。

那么，成功的走鋼絲表演除了要降低重心外，還需要什么技巧呢?有"高空王子"之稱的美籍加拿大人科克倫，于1996年9月24日晚，在毫無保護的情況下，手握10米長的金屬桿，在一根橫跨在上海浦東兩幢大樓之間、高度為110米、長度為196米的鋼絲上穩步向前走，18分鐘走完全程。如此危險的高空鋼絲表演能夠獲得成功，除了表演者無與倫比的技巧和勇氣之外，其理論依據是什么呢?我們從物理學的角度分析如下：高空走鋼絲的人除了熟練掌握調整重心的技巧外，一般還常采取以下一些措施：(1)腳穿軟底鞋；(2)手握一根較重的長桿(如金屬桿)。腳穿軟底鞋有兩個作用：第一，增大腳的接觸面積，提高穩度(一般而言，接觸面越大，物體越穩定)；第二，增大鞋與鋼絲之間的摩擦，防滑。手握較重的長桿主要作用也有兩個：第一，降低重心位置，提高穩度(物體的重心越低就越穩定)；第二，增大整體的慣性，慣性越大，穩定性就越高，運動員就越容易掌握重心的位置。上述措施充分利用了物理學原理，能幫助運動員順利完成高空走鋼絲的驚險表演。

臺球的神奇碰撞

近年，中國"神奇小子"丁俊暉，在臺球斯諾克世界錦標賽、大師賽和亞運上獲得優異成績，并創造了一桿一百四十七分的最高最新紀錄，在國內掀起了臺球熱潮。當然，不可能人人都成為臺球"神奇小子"或高手大師，這需要勤奮和天賦，但討論討論臺球的科學原理還是很有意思的。

臺球，是運用"彈性碰撞"科學原理的體育運動。而"彈性碰撞"的科學原理就是能量的轉化和守恒定律。

能量的轉化和守恒定律：任何系統都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體(或系統)，在轉化和傳遞的過程中，能量不會消失，也不能創造。彈性碰撞，是指發生碰撞的雙方，只產生力的相互作用、能量的轉化和"彈性變形"，不產生會永久保持的"塑性變形"。

能量的轉化和守恒定律，是物理學的重要基本定律。我們用懸掛的一串并列小球的彈性碰撞，就可以驗證能量的轉化和守恒的原理。

拉起的一個小球具有了勢能，當放下小球且小球與相鄰球碰撞時，勢能轉化成動能，此動能經中間小球傳遞給了另一端原先靜止的小球，這樣原先靜止的小球被撞起，即動能又轉化成勢能，如此周而復始，最后受摩擦阻力等影響，運動漸漸停止。根據能量守恒原理，一端拉起幾個小球，另一端就被撞起幾個小球。

打臺球的基本科學原理是彈性碰撞，對臺球和臺面的材質、形狀要求很高，特別是臺球，材質要堅實均勻、球形準確，碰撞后不變形，能通過"彈性碰撞"充分交換動能；臺面要平整細實，摩擦力均勻合適，保證臺球運動正常。

打臺球的基本技術是控制母球的運動方向、旋轉和力度，這里的講究就很多，球員通過球桿在母球的不同方向、部位擊球(低桿、高桿等)，使母球在前進時有不同的速度和自轉，不僅把目標球撞進洞中或理想位置，還要使母球擊中目標球后有理想的"走位"。這里包括對球臺邊框的反彈路線的考慮等。而這一切，就都在球桿撞擊母球的瞬間，由球桿的力度、方向和擊球點決定了。球員的水平高低，就是能不能掌握好這一個個瞬間。看過臺球比賽的觀眾都知道，高手的較量，常常就是一、兩桿決定勝負，而一桿就是掌控十幾二十幾次"瞬間"不失誤，有一次失誤就可能是把勝利拱手相讓。

當然，講講臺球的科學道理是容易的，要掌握技術，還得勤奮練習，還要有對臺球的"悟性"天賦，才能真正成為高手、大師。

水的力量有多大

除了氣體有壓強外，液體也是有壓強的，甚至有時候，液體的壓強是非常驚人的。帕斯卡定律的出現，揭開了液體壓強的神秘面紗，有效地解釋了大自然中的很多現象。在這一節中，我們就來了解一下帕斯卡定律，看看水的力量究竟有多大。

流體力學主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態，以及流體與固體壁面、流體與流體之間、流體與其他運動形態之間的相互作用的力學分支，研究得最多的對象是空氣和水，1738年伯努利出版他的專著時，首先提出了水動力學這個名詞并將其作為書名；1880年前后出現了空氣動力學這個名詞；1935年以后，人們概括了這兩方面的知識，建立起了統一的體系，稱為流體力學。

除水和空氣以外，流體還包括作為汽輪機工作介質的水蒸氣、潤滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬和燃燒后產生成分復雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。

流體力學應用廣泛，涉及氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機械和核電站的設計及其運行，可燃氣體或炸藥的爆炸，以及天體物理的若干問題等等領域，許多現代科學技術所關心的問題既受流體力學的指導，同時也促進了它不斷地發展。1950年后，電子計算機的出現又給予流體力學發展以極大的推動力。而帕斯卡定律就是流體力學中一條重要的定律，它使得流體力學的研究有了質的飛躍，打破了這個學科多年的沉默。布萊士·帕斯卡，1623年6月19日出生于法國奧維涅省的克萊蒙費朗，在兄弟姐妹中排行第三，是家中唯一的男孩。帕斯卡的母親在他4歲時不幸去世。帕斯卡的父親艾基納是當地法庭的庭長，博學多才。8歲時，他們舉家遷往巴黎。長大后，帕斯卡在一次和數學家費馬的通信中，兩人合力解決了某一個上流社會的賭徒兼業余哲學家送來的一個問題，這個人表示他弄不清楚在他賭擲三個骰子出現某種組合時為什么老是輸錢。帕斯卡與費馬在解決這個問題的過程中，奠定了近代概率論的基礎。

此外，帕斯卡致力于進行真空和流體靜力學的研究，并取得了一系列重大成果。根據托里拆利的理論，帕斯卡設想并進行了對同一地區不同高度大氣壓強測量的實驗，大量的實驗數據顯示隨著高度降低，大氣壓強增大的規律。

帕斯卡定律的內容是密閉液體上的壓強，能夠大小不變地向各個方向傳遞。根據靜壓力基本方程(P＝p0+ρgh)，盛放在密閉容器內的液體，當其外加壓強p0。發生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態不變，液體中任一點的壓強均將發生同樣大小的變化。也就是說，在密閉容器內，施加于靜止液體上的壓強將以等值同時傳到各點，這就是靜壓傳遞原理。由于第一個闡述此定律的人是帕斯卡，因此，這個定律也被稱為帕斯卡定律，用公式表示為：F1÷S1＝F2÷S2

根據帕斯卡定律：對一個活塞施加一定的壓強，必將在另一個活塞上產生相同的壓強增量。如果第二個活塞的面積是第一個活塞的面積的十倍，那么作用于第二個活塞上的力將增大為第一個活塞的十倍，而兩個活塞上的壓強仍然相等。

據說，為了驗證自己的理論是否正確，帕斯卡曾當眾做了一次實驗。他把一個大木桶裝滿水并封閉起來，在蓋子上面開了一個小孔然后接上一根細長的管子，最后取來一杯水倒入了細管中，于是在眾人面前，水面急劇升高，壓強增大，最終使木桶不能負載，水破壁而出。

在實際中的液壓機，就是以帕斯卡定律為基礎而制成的機械，它的種類繁多，根據用途大致可分為鍛造和沖壓兩種。

善于觀察生活的同學一定會發現水槽下方的下水管大都被做成彎曲形狀，再通入水道，你知道這是為什么嗎?如果無緣無故將它做成彎曲的，那么豈不是很浪費材料?也沒有必要吧？將它做成直的，不是更不易堵、讓流水更通暢嗎?

原來下水道真的是有它彎曲的道理，這是利用了連通器的原理。下水管被做成彎曲形狀，就制成了一個連通器。液體不流動的情況下，連通器的液面總保持相平，當上面的水管不使用時，沒有水流入下水管中，彎曲水管中的A、B管水平面相平，這樣可以阻止下水道里污水的臭氣上升；而當上面的水管使用時，水流入下水管內，由于A管液面升高，A、B液面不平，產生壓強差，從而使水開始流動，臟水流走。

"大船爬樓梯，小船坐電梯"也是用的連通器的原理。

那么讓我們來看一看船舶是如何翻越40層樓房高度的三峽大壩吧。

三峽大壩蓄水后，上下游水位落差高達幾十米，從壩下60多米的水面，要上升到壩上135米的江面，船舶到底如何行走？

雙線五級船閘分南北兩線獨立布置，相當于陸路上的雙車道。船上下大壩分開通行，每條線上有5個閘室，總長約6442米。比如，船從壩下往壩上行船時，先進入五閘室，入口處的閘門關閉后，船閘自動充水，將停泊在閘室內的船舶往上抬升，待該閘室內的水位與四閘室平行時，打開閘門，船就好像爬過一層階梯，輕松駛入上一級閘室。如此反復，直至進入高峽平湖。如船舶是從上游往下游走，過程正好相反。

神奇的浮力從哪里來