皇家書院,“格物工坊”。晨光透過高窗,灑在寬大的工作臺上,映照著整齊擺放的工具和材料。
空氣中彌漫著新木料和桐油的清香。
二十余名身著靛藍儒衫的學童,圍坐在工作臺旁,目光灼灼地盯著講臺。
林臻一身玄色常服,身姿挺拔,楚惜靈靜立其側,靛藍薄紗褙子襯得她清冷如月。
講臺上,擺放著幾件奇特的物件:一架精巧的黃銅天平秤,一根光滑的硬木撬棍,一組帶有支架的滑輪裝置,還有幾塊大小不一的石頭。
“今日講杠桿。”林臻聲音沉穩,穿透工坊的寂靜。他拿起那根硬木撬棍,置于臺面,“此物名撬棍。可撬動重物。”
學童們屏息凝神。
“杠桿有三點。”林臻指尖點著撬棍,“支點力點重點。”
他取過一塊拳頭大的石頭,壓在撬棍一端(重點)。手指按在撬棍另一端(力點)。撬棍中央墊著一塊小木塊(支點)。
“力點施力重點受力支點支撐。”林臻講解,“力點距支點遠則省力。近則費力。”
他手指輕輕下壓。只見那沉重的石頭,竟被輕易撬起。
“哇!”學童們發出壓抑的驚呼,眼睛瞪得溜圓。
“李虎來試。”林臻道。
李虎興奮地跑上前,學著林臻的樣子,手指用力下壓。石頭紋絲不動。
“用力。”林臻道。
李虎憋紅了臉,使出吃奶的力氣,石頭才微微晃動。
“為何本王輕松你費力。”林臻問。
“殿下力氣大。”李虎撓頭。
“非也。”林臻搖頭,“看支點位置。”
他示意李虎將支點木塊向重點方向挪近半尺。
“再試。”林臻道。
李虎再次下壓,這次只用了剛才一半的力氣,石頭便被撬起。
“咦!真的省力了!”李虎驚喜道。
“王睿可知為何。”林臻問。
王睿眼睛發亮:“力點距支點遠了。力臂長了。故省力。”
“善。”林臻頷首,“力臂越長越省力。此乃杠桿省力原理。”
學童們恍然大悟,紛紛點頭。
“現在分組實踐。”林臻道,“每組一根撬棍一塊支點木一塊大石。目標用最省力撬起石頭。”
學童們立刻分組行動。李虎、王睿、趙婉兒、周平一組。他們領到一根撬棍,一塊沉重的青石,和一塊可移動的支點木。
“快!把支點木挪遠點!”李虎迫不及待地指揮。
“等等。”王睿攔住他,“支點木挪遠,力臂是長了,但撬棍可能夠不著石頭。得先找準支點位置。”
“對。”趙婉兒點頭,指著青石底部,“支點要墊在石頭下面邊緣。”
周平連忙將支點木塞到青石邊緣下方。
“我來按!”李虎搶著握住撬棍末端(力點),用力下壓。青石微微晃動,卻沒被撬起。
“不行太重了。”李虎喘氣。
“支點再往外挪一點。”王睿觀察著,“力臂還不夠長。”
周平將支點木向外挪了半寸。
“再試。”王睿道。
李虎再次用力,青石被撬起一個小角度。
“動了動了!”趙婉兒拍手。
“還不夠高。”王睿皺眉,“支點再挪。”
支點木又向外挪了半寸。這次,李虎稍一用力,青石便被輕松撬起一個明顯的角度。
“成功了!”四人歡呼。
其他組也陸續成功,工坊內響起此起彼伏的歡呼聲和撬棍落地的“砰砰”聲。孩子們興奮地比較著誰的石頭大,誰用的力氣小,對杠桿的神奇力量驚嘆不已。
實踐完畢,林臻走到滑輪組前。
“杠桿可省力亦可變向。”他指著滑輪組,“此乃定滑輪動滑輪。”
他演示:將繩子繞過定滑輪,一端系上重物,另一端拉動。重物上升,但拉力方向改變。
“定滑輪不省力只改變方向。”林臻道。
他又將繩子繞過動滑輪,一端固定,另一端拉動。
拉動繩子,動滑輪帶著重物上升。
“動滑輪可省力約一半。”林臻道,“因重物由兩股繩子分擔。”
“那用兩個滑輪呢。”王睿敏銳地問。
“可組合。”林臻將定滑輪和動滑輪組合成滑輪組,繩子依次繞過。拉動繩子,重物輕松上升。
“哇!更省力了!”學童們驚嘆。
“滑輪組繩股數越多越省力。”林臻總結,“然繩越長拉動距離越遠。”
“省力費距離。”王睿立刻領悟。
“善。”林臻贊許。
最后,林臻走到天平秤前。
“此乃天平。”他道,“特殊杠桿等臂支點居中。”
他在天平兩端托盤各放一枚銅錢。天平平衡。
“兩端重量相等。”林臻道。
“那放兩枚呢。”李虎問。
林臻在左盤加一枚銅錢。左盤下沉。
“左重右輕。”趙婉兒道。
“如何平衡。”林臻問。
“右盤加一枚。”周平道。
林臻在右盤加一枚銅錢。
天平恢復平衡。
“兩端重量再次相等。”林臻道,“此乃等臂杠桿權衡公平。”