冬日的阳光透过格物学堂新糊的窗纸,在略显清冷的教室里投下明亮的光斑。三十二名学员已经端坐在各自的座位上,神情各异:有铁匠师傅王老憨带着老花镜,正襟危坐;有乡勇小队长李石头腰板挺得笔直,如同站岗;也有张谦这样的年轻人,眼中满是好奇与期待,膝上摊开了一个自制的粗糙本子,手里握着炭笔。
学堂里很安静,只有偶尔的咳嗽声和炭笔划过纸面的沙沙声。
林凡走上讲台,没有带任何线装书,只是在旁边的桌上放了几样东西:一根扁平的硬木条,一块中间凿了凹槽的木块作为支点,两个大小不一的石块,一个装了半桶水的木桶,还有几块大小形状不同的木块和几片弯曲的竹片。
学员们好奇地看着这些物件,不知道公子葫芦里卖的什么药。他们原以为第一堂课,怎么也该讲讲《千字文》或者《论语》开篇,再不济也该是教打算盘的口诀。这些木头石块,难道要教大家做木工?
林凡环视一周,开口道:“诸位,今日是我们格物学堂的第一堂课。我们不念《三字经》,也不背《论语》。”
他顿了顿,拿起那根硬木条和支点木块。“我们来讲讲,为什么用一根棍子,就能撬动我们徒手搬不动的大石头。”
台下响起一阵轻微的骚动。撬石头?这算什么学问?哪个乡下孩子没玩过跷跷板、没用棍子撬过东西?这也值得在学堂里讲?
林凡不理会众人的疑惑,将木条横放在支点上,调整位置,使其平衡。“大家看,这根木条现在不动了。我们在它左边挂上这个小石块。”他将小石块用绳子系好,挂在木条一端,“现在,木条往这边倾斜了,对吧?”
学员们点头,这太简单了。
“那么,如果我想让木条重新恢复平衡,或者甚至让右边翘起来,我该怎么做?”林凡问。
“在另一边也挂个石块!”李石头抢着回答。
“挂个更大的石块!”另一个年轻工匠补充。
“那该挂多重?挂在哪里?”林凡追问。
学员们迟疑了。凭经验,大概知道要挂个更重的,或者挂远点。但具体多重?多远?说不清楚。
林凡不急于给出答案。他拿起那个稍大的石块,挂在木条右侧,但位置很近。木条微微动了动,但左边依然沉。
“不够重?还是不够远?”他移动大石块,慢慢向木条末端挪去。
随着大石块逐渐远离支点,神奇的事情生了:木条开始缓缓向右侧倾斜!当大石块移动到某个位置时,木条竟然恢复了平衡!
“咦?”王老憨扶了扶眼镜,往前凑了凑。
“停!就是这里!”林凡用炭笔在木条上大石块悬挂的位置做了个标记。“大家看,左边的小石块,距离支点远;右边的大石块,距离支点近。现在它们平衡了。”
他取下石块,用一根有刻度的直尺量了量两边距离支点的长度,又用简易秤称了称两个石块的重量,然后在黑板上写下:
左边:小石块重=2斤,距离支点=3尺
右边:大石块重=6斤,距离支点=1尺
2x3=6,6x1=6
“大家算算,左边的‘重量乘以距离’,和右边的‘重量乘以距离’,是不是相等?”林凡指着黑板上的数字。
学员们埋头计算,很快纷纷抬头,脸上露出恍然又新奇的表情:“真的!都是六!”
“这就是杠杆的规律。”林凡用肯定的语气说,“想要撬动重物,不单单是靠力气,更要看你怎么用力。力臂越长,用的力就可以越小。咱们工坊里用的那些大铁钳、起重葫芦,还有水车上的那些连杆,其实都用到了这个道理。明白了这个,你们就知道为什么有些工具设计成那样,也知道该怎么改进工具,用更小的力气干更重的活。”
接着,他又让几个学员上台,自己动手尝试改变重量和距离,验证这个规律。当学员们亲手操作,看到小小的力真的能平衡或撬动更大的力时,那种从经验模糊到原理清晰的感觉,让他们兴奋不已。
“原来是这样!怪不得我打铁时,长柄锤省劲!”王老憨拍着大腿。
“咱们设绊马索,绊马桩离地远点,马一冲自己就容易被带倒,也是这个理儿?”李石头若有所思。
林凡赞许地点点头:“举一反三,很好。”