我們在生活中會經常看到，輪船、木頭、鴨子等漂浮在水面上。顯然，漂浮在水面的物體受到水的浮力。同樣，把乒乓球或者立方體浸沒在水里面也會受到水的浮力。那么，水的浮力從哪里來呢?

浸在水中的物體，由于上下部分在水中的深度不同，下面受到的向上的壓力，比上面受到的向下的壓力大，其結果出現一個豎直向上的力，這個力叫浮力。從浮力產生的原因中可知：只有在物體的下表面受到向上的壓力時，才有浮力。如果物體的下表面與容器底緊密接觸，這時液體對物體沒有向上的壓力，物體就不受浮力。

在生活中，浮力是比較常見的現象，所以不少人往往憑著自己的生活經驗去認識物體的浮沉條件，其中最常見的一種看法就是"重物下沉，輕物上浮"。

其實，這種看法是錯誤的。懂得了浮力的產生原因，我們就能夠更好地理解物體的浮沉條件了。從浮力定律中我們知道，物體所受浮力的大小，等于它所排開的液體的重力。一個浸在液體中的物體，它同時受到了豎直向下的重力和向上的浮力作用，這兩個力的大小決定了物體在液體中是上浮還是下沉。如果浮力大于重力，浸沒在液體里的物體就會往上升，直到漂浮在液面上；如果重力大于浮力，物體就會一直向下沉到水底。

在這里，我們要注意，如果重力和浮力不相等，換句話說，物體受到非平衡力的作用，它就會上浮或者下沉。下沉的結果是沉到容器底部，上浮的結果是浮出液面，最后漂浮在液面上。這時候，物體的一部分浸入液體中，它所受的浮力正好與重力完全相等。

"重物下沉，輕物上浮"這種說法為什么是錯誤的呢?原來，在很多情況下，物體的體積和質量并不一定成正比，比方說，同樣質量的兩個鐵球，空心鐵球的體積就要比實心球大得多，因此它所受到的浮力也大得多。因此，空心鐵球能夠漂浮在水面上，而實心鐵球卻會沉到水底。

我們都聽說過"曹沖稱象"的故事，我們知道，曹沖是三國時魏國的奠基人曹操的幼子，從小就非常聰明。當時，曹操以丞相的名義"挾天子以令諸侯"，是中國北方的實際統治者。有一次，東吳的孫權派人送給曹操一頭大象。曹操看到這個龐然大物，不免產生了好奇心，就問文武百官："這頭大象這么大，到底有多重呢?你們哪個有辦法稱一稱?"

大臣們議論紛紛，可是誰也不知道該怎么做。這時，年僅6歲的曹沖卻想出了一個好辦法。他讓人在河里準備好一只大船，再把大象牽到船上。等船身穩定了，就在船舷上齊水面的地方刻一條線。然后，曹沖叫人把大象牽到岸上，再把大大小小的石頭往船上搬，讓船身一點一點往下沉，直到船身上刻的線和水面一樣齊為止。把船上所有石頭的重量分別稱出來，加起來就知道大象有多重了。年僅6歲的曹沖解決了一個連許多有學問的成年人都一籌莫展的大難題，這不能不說是一個奇跡。

其實，以舟稱物的辦法并不是曹沖最早想出的。據古書記載，戰國時曾有人進貢給燕昭王一頭大野豬。燕昭王派人飼養它，養了15年后，這頭大野豬長得非常巨大，它的4只腳都支撐不住身體了。燕昭王非常驚異，命人用大秤稱它有多重?？墒?，秤桿折斷了10次，大野豬的重量卻始終稱不出來。于是，燕昭王就讓人把它牽到船上，最后稱出了大野豬的重量。

現在我們知道，無論是曹沖，還是燕昭王，他們都利用了一條著名的物理原理，這就是浮力定律：漂浮在水面上的物體的重力等于水對物體的浮力。在西方，這條定律被稱為"阿基米德定律"，因為它的發現者是偉大的古希臘學者阿基米德。

阿基米德的一生充滿了傳奇色彩。有關他的種種軼事，至今仍流傳不衰。他被羅馬時代的歷史學家普林尼譽為"數學之神"，后人把他和牛頓、高斯并列為史上3個最偉大的數學家；他因發明各種奇妙器械而被冠以"天才機械師"；他更因發現浮力定律和杠桿原理，奠定了靜力學的基礎，被尊為"力學之父"。牛頓和愛因斯坦，也都曾從他身上汲取過智慧和靈感。

阿基米德最被人津津樂道的一件趣事，是所謂的金皇冠疑案。這段傳誦千古、膾炙人口的軼事，最先是由公元前1世紀古羅馬著名建筑師維特魯威·波利奧記述的。

事情的起因是，敘拉古國王希倫二世命令工匠做一頂純金皇冠?；使谧龅檬志?，纖細的金線密密地織成了各種花紋，重量也與國王給的完全相同。國王十分高興，下令重賞這名工匠?？墒遣痪?，有人向希倫二世告密，說工匠暗地里私吞了不少金子，而在皇冠里摻了銀。國王大怒，可是一時找不到證據。因為實心的金塊與鏤空的王冠外形不同，不砸碎皇冠鑄成金塊，便無法算出其體積，也就無法驗證皇冠是否摻了假。而要把皇冠砸碎，國王又難免有些舍不得：萬一那人是誣告，這么好的一頂皇冠不就白白毀了嗎?

情急之下，國王想到了阿基米德--當時全希臘公認最聰明的人。何況，他論輩分還是國王的表弟，替國王解憂可謂義不容辭。

阿基米德接受了國王的委托，不分晝夜地研究起來。他雖然知識淵博，但這樣的難題還是第一次遇到，一時不知從哪里下手。他睡不安寢，食不甘味，腦子里時時刻刻在思考著解決的辦法。一天，他去公共浴室洗澡。澡盆的水放得滿滿的，阿基米德一踏進澡盆，水就沿著澡盆的邊往外溢，身子浸入水里越多，溢出的水也越多。

這本來是一個司空見慣的現象，阿基米德以前也從來沒有對它留意過。可是這一次，他好像忽然發現了什么重要秘密似的，突然興奮起來。他一下子從澡盆里跳出來，連衣服都顧不得穿，就一絲不掛地沖到大街上，高喊著："尤里卡!尤里卡！"(希臘語，意為："我找到了。")頭也不回地向王宮一路跑去。

原來，阿基米德由澡盆溢水聯想到，如果皇冠泡在水里，它也會讓澡盆里的水溢出來，而且溢出來的水的體積應該等于皇冠的體積。因此，如果把皇冠與同等質量的金塊都放入水里，溢出的水量應該完全相同，否則就說明皇冠里肯定摻假了。

阿基米德跑到王宮后，立即找來一盆水，又找來與皇冠質量相同的一塊黃金和一塊白銀，分兩次泡進盆里。他發現，放入白銀溢出來的水比放入黃金溢出來的水幾乎要多一倍(現在我們知道，這是因為黃金的比重幾乎是白銀的兩倍)。然后，阿基米德又把皇冠和金塊分別泡進水盆里，發現放入皇冠溢出來的水比放入金塊溢出來的水更多。

在鐵的事實面前，工匠不得不低頭承認，他在皇冠里摻了白銀。一樁疑案就此水落石出。

慣性也能殺人嗎

公安部要求小汽車前排座的司機和乘客乘車時，必須系安全帶。但是許多人不把這個規定放在心上，似乎系安全帶只是給警察看的。

據美國的研究，由于交通事故從車里甩出去的人有87％會死亡，如果系了安全帶可減少1／3的死亡率。使用安全帶30多年的歷史證明，汽車的時速在每小時60千米以下時，可以減少交通事故中死亡率的80％，真是一帶值千金。

安全帶的構造非常奇特，慢慢地抻它的時候，可以毫不費力地把安全帶的套圈拉得很大，無論多胖的人都可以套在身上，但是當你猛地一拽的時候，安全帶就立即被鎖住。所以戴上安全帶不會妨礙司機的正常操作，但是在遇到緊急剎車司機突然向前沖的時候，卻可以把司機牢牢地固定在車座上，保證安全。

歷史上，安全帶最初是在飛機上首先使用的。如果把手中的鉛筆盒上下顛一顛，聽聽里面的響聲，就是沒坐過飛機的人，也會想象出如果飛機上下顛簸時的感覺了。在一次上海-洛杉磯-西雅圖的飛行中，由于在北太平洋上空突遭強氣流襲擊，飛機在十幾秒內驟然下降1700米，正在工作的8名乘務員和沒有系安全帶的乘客，都不由自主地飛向天花板，并重重地撞在上面，有的頭破血流；不久飛機又被強氣流托起，此時，他們又被超重力死死地壓在地板上一點也動彈不得，飛機里的行李物品，只要沒有系好的，都像長了翅膀似的在機艙里亂飛。而駕駛艙里的機組人員由于按規定系好了安全帶，所以他們在這緊急關頭安然無恙，鎮定自若，努力穩住飛機。按要求系好了安全帶的乘客也無一受傷。

為什么一根安全帶就可以在事故發生的千鈞一發時保全人的性命呢?其原因是慣性。雖然慣性人人皆知，但是對它威力的大小卻不熟悉。一輛汽車以每小時100千米的速度前進，其速度相當于從40米高(相當13層樓高)的地方無阻力自由落下的末速度。如果你站在13層樓的樓頂，你會渾身發抖。但是，有些以這樣高速行駛的駕駛員卻不會有這樣的心理。從樓頂上摔落下來之所以可怕，是因為會摔在堅硬的地面上。物理學告訴我們，讓一個重物在一定的距離內停下，克服慣性所付出的力量與所需的時間成反比。設乘客的質量為50千克，時速100千米，在1秒內停下來，約需要1400牛頓的力(相當140千克力)，如果把時間縮短到原來的十分之一，即在0.1秒內停下來(相當于跌在硬土地面上)，其力量就要增大10倍，達到14000牛頓力(相當1400千克力)，這已經超出了國家的安全法規所規定的損傷標準了。

發生交通事故的時候，汽車碰撞一瞬間的力量是十分巨大的，碰撞的時候，在0.11秒內駕駛員的頭部就會向前移動20多厘米，如果不在這么短的時間內采取措施就有危險，不系安全帶的司機就會被駕駛盤擠傷肺部和心臟。此時不系安全帶的乘客會無法控制地一直向前沖，甚至沖破擋風玻璃，摔出車外。就是不被拋出車外，乘客也會由于反彈的作用，會反復與車箱碰撞造成重傷。這一切都是發生在一瞬間，所以不系安全帶的后果是相當危險的。

安全帶則可以及時拉住你。安全帶的設計也是十分重要的，帶子的彈性系數不能太大也不能太小。帶子過硬會把人拉傷，太軟又起不到保護的作用。

順便提一句，登山運動員的保護繩和蹦極運動者的保護繩的設計也是很有講究的。

更理想的駕車安全裝置是用一種可以在發生碰撞的瞬間迅速膨脹的氣囊來保護司機。在汽車里有3個可以感知加速度的傳感器，每個均與電腦連接。在碰撞發生時，1％秒內電腦就進行工作，3％秒內點火裝置起動，5％秒內高壓氮氣充入氣囊，8％秒內氣囊向外膨脹，11％秒內氣囊完全漲大，此刻駕駛員的頭才撞入氣囊。這種保護裝置比安全帶更有力，只是價格十分昂貴。

別被討好忽悠了

我們常常見到，穿街走巷賣水果、蔬菜的小販做買賣時，他放下最后一個水果或最后一把蔬菜時，秤桿高高翹起，這時他討好地一笑說，歡迎你了，就算這么多。

你看到秤桿高翹，心想肯定超重得不少，就算"這么多"是占了便宜，樂呵呵地按"這么多"付款買下了。

其實，這時小販給你耍了個不老實的討好"手法"。他"放"下這最后一個水果或最后一把菜時，不是真正的"放"，而是在一定高度讓水果、蔬菜"落"下去，或者用力"丟"下去。這時，秤桿高高翹起反映的，不是最后那個水果或蔬菜的真實重量，而是附加了"下落"和"丟"的能量所轉化的壓力，造成你覺得超重的錯覺。

可以計算出來，一百斤的水果，從十厘米高處"落"下，可形成五百斤的壓力，你見到秤桿高翹以為占了便宜，實際上就算"這么多"你虧了四百斤呢。

商店里買糖果、水果用"磅秤"，也有人用這樣"手法"取巧。應對的辦法是，不著急，讓秤"平靜"下來，這時秤就會反映真實的重量了。當然，若是有人在秤桿"刻度"、秤砣、磅秤"平衡"等做了手腳，那就不屬于物理力學問題，而是更為嚴重的違法問題了。

皮帶的神奇魔力

有這樣一個故事。一個準備下水的木船，突然滑脫了，沿著光滑的船臺下滑。下面正對著另一只?？吭谀莾旱拇?，船上的乘客看見向他們撞來的船，嚇壞了!正在這萬分緊急的時刻，一個大個子沖上來拽著船上的纜繩在一個鐵樁上繞了3圈然后拽住繩端。一場災禍避免了，下滑的船停住了，人們都夸此人是大力士。

這個人果然有力氣，但即使一個孩子也可以做到這些。這里面有物理規律。我們在捆東西的時候有這樣的經驗，總喜歡在上面多繞幾圈，東西便捆得更牢。如果繩子不夠長，只繞一圈，就是繩結打得再牢，東西也拴不結實。這個問題引起了瑞士出生的物理學家尤勒的興趣，他對皮帶在滑輪上打滑的問題進行了深入的研究。他發現，皮帶在滑輪上是否打滑，和皮帶在滑輪上的包角大小有密切關系。皮帶包角越大，越不容易打滑。如果繞上幾圈，包角增大許多倍，拉力便增大上千倍。

利用尤勒的理論，一個小孩可以和一頭牛比賽拔河。這就是把拴牛的繩索在一根木柱上纏上三道，假設繩索與木柱的摩擦系數是0.3，力量可以放大286倍。若是繩索纏繞的圈數為4圈，力量放大1882倍。

尤勒這個皮帶原理看上去很神，其實，早在幾千年、幾萬年前，自從智慧的人類發明了將天然的纖維捻成線以來，就開始利用這個原理了。

棉線是棉花纖維捻成的，棉花纖維很不結實，為什么加捻做成線后能有那么大的強度呢?稻草捻成繩子也很結實，每根纖維既沒有打結，也沒有沾上漿糊。捻起來的棉線織成的布料那么結實，也不會輕易地散開。

這是摩擦力在起作用。線是纖維與纖維之間的摩擦結合在一起的，草繩是稻草一根根之間的摩擦結合在一起的。那么為什么能達到那么強的摩擦結合呢?這便是尤勒皮帶原理的一種應用，試考慮一下線當中的纖維的纏繞情形和繩索在樁子上的纏繞是類似的。線捻的越緊越結實。你可以做一個倒捻棉線的實驗，被倒捻了7～8圈的棉線，纖維很容易抽出，變得七零八落。

為什么尖銳的物體鋒利些

你可曾考慮過這樣一個問題：為什么縫衣針能夠這樣輕易地穿透一個物體?為什么一塊絨布或者厚紙板很容易給一根細針穿過，卻很難用鈍頭的釘子把它穿過?在這兩種情形里所作用的力不都是相同的嗎?

是的，力量是相同的，但是壓力強度或者說壓強卻并不一樣。用針穿透的時候，全部力量都集中在針的尖端；而用釘子的時候，同樣的力量卻分配在比較大的釘尖面積上；因此，針所施的壓力強度要比鈍頭釘大得多--這是說我們所用的力量假定是完全相同的話。

誰都知道，一具二十齒耙耙松的土地，要比同樣重的六十齒耙耙的深。為什么呢?這是因為二十齒耙每一個齒上分配到的力量要比六十齒耙的大的緣故。

當我們談到壓力強度的時候，我們一定要在力量之外更注意這個力量作用的面積。同樣大小的一個力量所產生的壓強大小，要看它作用的面積究竟是一個平方厘米呢，還是集中在百分之一平方毫米上。