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叶至善:《科普杂拌儿》

竖鸡蛋

——(原载1946年1月《开明少年》)

哥伦布的难题

  1493年,哥伦布发现了“新大陆”后从海上回到西班牙,成了西班牙人心目中的英雄。国王和王后把他待作上宾,封他做海军上将。有些贵族却瞧他不起,他们鼻子一哼:“这有什么希罕!只要驾了船一直往西去,谁都会碰上那块陆地的。”

  在一次宴会上,哥伦布又听得有人在讥讽他:“上帝创造世界的时候,不就创造了大洋西边的那块陆地吗?发现,哼,这算得上个什么!”

  哥伦布低着头默不作声。过了好一会儿,他从盘子里拿起一个鸡蛋,站起身来,提出一个古怪的问题:“太太们,先生们,有谁能把这个鸡蛋竖起来吗?”

  鸡蛋从这个人手上传到那个人手上,所有的人都试了试,都把鸡蛋扶直了,可是一放手,鸡蛋立刻倒下了。最后,鸡蛋回到了哥伦布的手上。大厅里鸦雀无声,大家的眼光集中在他手上,都要看看他怎么能把鸡蛋竖起来。

  哥伦布不慌不忙,把鸡蛋的一头在桌子上轻轻一敲,磕破了一点儿壳,鸡蛋就稳稳地直立在桌子上了。

  “这有什么希罕?”宾客哄堂大笑起来。

  “本来没有什么希罕,”哥伦布说,“可是太太们,先生们,你们为什么不这样做呢?”

  爱因斯坦为什么笑?

  鸡蛋要是不打破,能不能竖起来呢?

  “能,”有些老人家说,“可是每年只有一天,只有立春的那一天,才能把鸡蛋竖起来。因为天候交春,万物化生,地气向上……”

  这话当真?当真。1945年立春那一天,有一位杨先生邀请了七八位美国记者和军官,给他们作了竖鸡蛋的表演。

  杨先生在场地上一条线竖起30个鸡蛋。30个鸡蛋像一排立正的士兵,一动不动地等候检阅。那几个美国佬看着都信不过自己的眼睛,以为杨先生在施什么魔法。后来经杨先生说明,他们都亲自试了试,也都能把鸡蛋竖直。场地也许不平吧,他们又在桌子上试,垫上一张光滑的洋纸再试,结果都一样。

  真是奇迹!美国记者立刻把亲见亲闻写成报道,用无线电拍回他们的老家美国。美国的许多报纸用显著的位置刊登这则新闻。“立春日竖鸡蛋”似乎比美军在硫磺岛登陆更能引起读者的兴趣。许多人特意买了鸡蛋,在桌子上颠来倒去地摆弄。大家以为鸡蛋也许跟牛顿的苹果一样,能引导他们去发现什么伟大的科学定理。

  据说,流亡在美国的犹太科学家爱因斯坦看了这则新闻却大笑不止。

  爱因斯坦为什么笑?

  他笑,也许他认为鸡蛋是绝对竖不直的——他笑新闻记者是信口开河,轻信的读者偏要寻根究底。

  他笑,也许他认为鸡蛋本来是可以竖直的——他笑那些人居然把竖鸡蛋也当成了奇迹,还迷信只有在立春那一天才能把鸡蛋竖直。

  爱因斯坦到底为什么笑?听说爱因斯坦是物理学大师,咱们就去问问咱们的物理老师吧。

  看不到却找得着的那个点

  物理老师说:“每个物体都有一个重心。”

  “什么叫重心?”咱们问。

  “地球的重力对于每一个物体都有吸引的力量,这吸引力好像一条看不见的绳子,尽量把物体往下拉。这个力量就叫做地心引力。”

  “就一个物体来说,地球的重力对于这个物体的每一部分都有吸引的力量,好像有无数条看不见的细绳子,尽量把这个物体往下拉。而无数条细绳子把物体往下拉,那力量,相等于一条粗绳子系在物体的一个点上,把物体往下拉。这个点就叫重心。”

  “重心到底在物体的哪儿呢?”

  “不要忙。虽然方才所说的那条粗绳子也是看不见的,咱们却可以用一条实实在在的绳子来把它的力量抵消,就像做拔河游戏一个样。咱们把绳子的一头系在那个物体的表面上的任意一个点上,另一头提在手里,那个物体就悬空挂着不再转动。这时候,这条实在的绳子跟那条想像的绳子——地心引力就成了一条直线。而且咱们可以肯定,那个物体的重心就在这一条直线上。”

  “咱们解下绳子,把绳子的一头系在那个物体的表面的另外一个点上,再使它悬空挂着。这时候,物体的位置一定跟上一回有所不同,但是这条实在的绳子,又跟那条想像的绳子——地心引力,成了一条直线。而且咱们可以肯定,那个物体的重心也在这一条直线上。”

  “物体的重心既在后一条直线上,又在前一条直线上,咱们就可以肯定,前后两条直线的交点,就是那个物体的重心。那条想像的绳子——地心引力,就悬在这个虽然看不到,实际上却找得着的这个重心上。”

  稳定须有条件

  物理老师接着说:“每个物体都有一个重心。把一个物体安放在地面上,它跟地面接触的面叫做底面。从物体的重心向地面引一条垂线,如果穿过底面,它就不会倒。比萨斜塔之所以现在还没有倒,就是这个缘故。”

  “道理很简单,从物体的重心向地面所引的垂线,其实就是表示地心引力的那条想像的绳子。那条想像的绳子一股劲儿地把物体往下拉,可是有底面支撑着,物体就能够稳住不动。要是那条想像的绳子越出了底面的范围,物体就被它给拉倒了,也可以这样解释,因为它的底面不能支撑它的重心所受到的地心引力,它不得不转动一下,另外找一个底面来支撑。”

  “有的物体一碰就倒,因为一碰,它的重心就稍稍偏过一点儿,重心向地面所引的垂线就越出了底面的范围:它就让地心引力给拉倒了。”

  “一块砖直立着很容易被推倒,平放着,它就十分稳定了。因为砖在平放着的时候,底面最大,重心最低,由重心向地面所引的垂线很不容易越出底面的范围。”

  “底面大的物体比较稳定,所以许多古塔都是最下面的一层要比上面各层粗一点儿;所以士兵站着射击的时候,总要把两条腿叉开;所以……”

  “重心低的物体也比较稳定,所以不倒翁不会倒,所以船的底舱空着很危险,所以汽车顶上绑的行李太多,常常是翻车的原因,所以……”

  “那么,鸡蛋的重心在哪儿呢?”咱们可有点儿性急了。

  先用木头做个蛋

  物理老师仍然不慌不忙,他说:

  “一个质地均匀的滚圆的球,它的重心就是球心。咱们都知道,球心向球面任何一点的连接线,都垂直于球面。所以在平地上,球随便怎么放,它都能静止不动;可是轻轻地一推,它就滚起来了。球面着地的只是一个点,底面太小了。”

  “一根竹竿,一头粗一头细,它的重心不在中部,而偏在粗的一头。把竹竿横搁在肩膀上,前后移动慢慢地试,如果不用手扶,竹竿跟天平一样能稳住不动,它的重心就落在你的肩膀上了。”

  “要是咱们用质地均匀的木头做一个蛋。把木头蛋从横里截开,截面是一个圆。一张薄薄的圆纸片,它的重心就是圆心。所以就整个木头蛋来说,重心一定在两个顶端的连结线上。把木头蛋从纵里剖开,剖面一头大,一头小,因此重心不在两个顶端的连结线的中央,而偏向大的一头。”

  “木头蛋横卧在桌面上,它的底面就是跟桌面相接触的那一点。因为底面太小,轻轻一碰,它就得滚动。”

  “假使咱们把木头蛋放在桌面上,把它扶直了,随便哪一头向下,只要使它那两个顶端的连结线恰好跟桌面垂直,它不是就能竖在桌面上不倒下来了吗?可是这时候,重心比横卧着的时候高了点儿,所以更不稳定,一碰就倒。换句话说,就是木头蛋,也很难竖直。”

  “真的鸡蛋可不是木头做的,它里面有蛋白有蛋黄,蛋黄比蛋白轻,科学的说法是蛋黄的密度小于蛋白的密度,所以任凭你把鸡蛋颠来倒去,蛋黄总是稍稍偏在上方。鸡蛋的重心因而稍向下移动,大致就在我们依木蛋所推测的重心的下头晃荡。咱们把鸡蛋在桌面上扶直了,要是它那两个顶端的连结线恰好跟桌面垂直,它的重心又恰好静止在这条连结线上,咱们尽管放手,鸡蛋一定竖直不倒。这样的巧合,当然更难办到了。”

  “难是难,并不是不可能呀。你们该知道了吧,爱因斯坦为什么笑。”物理教师自己也笑了。

  你为什么早不这样做呢?

  以为鸡蛋无论如何不能竖直的人,他们错了。他们不加思考,妄下断语,他们得不到真理。

  以为鸡蛋只有在立春那一天才能竖直的人,他们也错了。他们也不加思考,人云亦云,他们也得不到真理。

  不论是谁,只要有耐性,随便哪一天都可以把鸡蛋竖起来。细心的,花不了10分钟就可以把鸡蛋竖直。谁要是不信,马上可以亲手试验。谁要是竖不直,只能怪自己不够细心,不够耐性。

  大家都把鸡蛋竖直了,也许又有人会说:“这有什么希罕呢?”

  本来没有什么希罕,可是你为什么早不这样做呢?

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