书城科普读物青少年素质养成必读故事:让青少年热爱科学的故事
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第9章 自己动手学科学(1)

小曹冲称大象

曹冲的父亲曹操是个大官,有人送给他一头大象,他很想知道这头大象有多重,就叫他手下的官员想办法把大象称一称。

这可是一件难事。大象是陆地上最大的动物。怎么称呢?那时候没有那么大的秤,人也没有那么大的力气把大象抬起来。官员们都围着大象发愁,谁也想不出称象的办法。

正在这个时候,跑出来一个小孩子,站到大人的面前说:“我有办法,我有办法!”官员们一看,原来是曹操的小儿子曹冲,他们嘴里不说,心里在想:哼!大人都想不出办法来,一个五岁的小孩子,会有什么办法!

可是千万别瞧不起小孩子,这小小的曹冲就是有办法。他想的办法,就连大人一时也想不出来。他父亲就说:“你有办法,快说出来让大家听听。”

曹冲说:“我称给你们看,你们就明白了。”

他叫人牵了大象,跟着他到河边去。他的父亲,还有那些官员们都想看看他到底怎么个称法,就一起跟着来到河边。河边正好有只空着的大船,曹冲说:“把大象牵到船上去。”

大象上了船,船就往下沉了一些。曹冲说:“齐水面在船帮上画一道记号。”记号画好了以后,曹冲又叫人把大象牵上岸来。这时候大船空了,就往上浮起一些来。

大家看着,一会儿把大象牵上船,一会儿又把大象牵下船,心里想:“这孩子在玩什么把戏呀?”

接下来曹冲叫人挑了石块,装到大船上去,挑了一担又一担,大船又慢慢地往下沉了。

“行了,行了!”曹冲看见船帮上的记号齐了水面,就叫人把石块又一担一担地挑下船来。这时候,大家明白了:石头装上船和大象装上船,那船下沉到同一记号上,可见,石头和大象是同样的重量;再把这些石块称一称,把所有的石块的重量加起来,得到的总和不就是大象的重量了吗?

大家都说,这办法看起来简单,可要不是曹冲做给大家看,大人还真想不出来呢!曹冲真聪明啊!

白居易写的没错

当代英国著名科技史专家李约瑟曾这样评价说:沈括是“中国整部科学史中最卓越的人物”。他积一生之心血写出的《梦溪笔谈》,包罗万象,独有创见,被称做“中国科学史上的里程碑”。

沈括,字存中,1033年出生在杭州钱塘。沈家世代为官,沈括从小就跟随在外做官的父亲沈周四处奔波,饱览了华夏大好河山和风俗民情,视野和见识都比一般同龄孩子开阔得多,兴趣爱好也广泛得多。日月星辰、山川树木、花草鱼虫……没有他不喜欢琢磨的。

有一次,小沈括给母亲许氏背诵白居易的一首诗。背到“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开”一句时,突然半日沉默不语。许氏出身士大夫家庭,性情温柔、知书达理,对于儿子凡事总好刨根问底的脾性,早已十分熟悉。她见儿子又犯了“犟”劲,只是笑了笑,递给他一件外衣,嘱咐道:“别背了,今儿天气这么好,邀几个小伙伴到城外山上转转去吧。山上风大天凉,把这件衣服带上。”

当时,正是4月暮春天气,庭院中的桃花纷纷谢落,已是“绿肥红瘦”。然而当小沈括和孩子们爬上城郊的山峰时,那漫山遍野的桃花却开得正艳,好似一片红霞。沈括抚着一朵桃花,呆呆地嘟哝着:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开……”猛地一阵山风吹过,他不由得打了个寒噤,脑子里蓦然闪出母亲的话:山上风大天凉……“噢!”小沈括一下子明白了:温度不同,植物生长的情况也不同。白居易写的没错儿!

沈括的童年时代和少年时代,就是在这样一个充满书香气息的温馨环境中度过的。然而,人生并不总是一帆风顺的,人也不能一世停留在宁静的港湾,尤其是对于那些“天将降大任”的天才,命运似乎更为坎坷。就在沈括刚满18岁的时候,父亲去世了,家计顿时艰难起来。沈括不得不外出谋生,到海州沐阳县(今江苏沭阳)当了主簿。从那时起,政务便占据了这位天才科学家一生的大部分时间。但是,无论仕途多么险峻、宦海如何浮沉、公务怎样繁忙,他得志也罢,失意也罢,都从未放弃过科学研究。凭着超凡的意志、敏锐的观察力和过人的精力,他不停地攀登,终于达到了一个光辉的顶点。

富尔顿发明轮船

富尔顿,这位发明轮船的发明家诞生在美国宾夕法尼亚州的一个美丽的小镇卡斯特。

有一天,10岁的富尔顿和几个小朋友划着一只小船去游玩。他们玩得正高兴时,汹涌的波涛滚滚而来。几个小朋友发现情况不好,马上调转船头,使劲往岸边划船。可是,在大风浪面前,用力划船实在太慢了,情况越来越危险,风暴越逼越近,他们使出全身力气,好不容易才把船划到岸边。船刚靠岸,狂风巨浪就怒吼着追了过来,望着这险情,小伙伴们都吓得面如土色,这实在太危险了。

回到家以后,富尔顿的心久久不能平静。晚上,富尔顿躺在床上,划船的危险情景一次又一次地浮现在眼前。他想:“白天简直是在跟风浪赛跑。用木桨划船,用竿子撑船,又慢又费力,能不能想个办法,让船跑得又快又省力呢?”

这是一个风平浪静的下午,富尔顿又来到了海边。他爬上小船,坐在船舷上,手托着下巴,细细地想着有关划船的事。他想着想着,那双伸进水里的双脚就不知不觉地来回踢打,小船也不知不觉地离开岸边,驶到了海中。当富尔顿从遐想中清醒过来时,小船已驶得很远了。他这时突发奇想:“要是做几个像脚底板那样的木片,装在小船的两边,转动起来的话,不就能使船走得又快又省力了吗?”

上了岸,富尔顿开始动手制作桨轮。不久,他果然做成了一对带了许多片桨片的轮子。他把桨轮安装在船的两侧,远远看去就像给船装上了2个大风车轮盘。装上桨轮的小船下水之后,果然跑得很快。但是,那时的桨轮是靠人力摇动转轴驱动的,不停地摇转轴,人显得很累,坚持不了太长的时间。

富尔顿决心进一步改造轮船,去寻找一种强大、持久的动力,把它应用在轮船上。这一年,22岁的富尔顿来到了英国的伦敦。在那里,他和大发明家瓦特结成了好朋友。那时,瓦特在蒸汽机的改进发明上已取得了很大的成果。他热情地向富尔顿讲述了自己怎样把蒸汽机应用到机器的推动上去。富尔顿想:“既然蒸汽机能推动机器的转动,那么把它装在船上,带动桨轮转动,不就成了机器船了吗?”

他绘制着草图,研究船体的长宽比例和桨轮大小的关系以及种种实际应用蒸汽机可能带来的种种问题。为此,他还进行了用蒸汽机推动轮船模型的实验。

整整9年过去了。终于,一艘8马力的蒸汽轮船终于在法国的塞纳河下水了,并且试航成功。不幸的是,当晚的狂风把新建造的轮船打沉了。

但是,这突然的打击并没有动摇富尔顿的信心。他从法国返回纽约,继续进行试验,希望制造出性能更好的轮船来。

1807年8月9日,42岁的富尔顿的心情跟年轻时同样的激动。这一天,他精心设计制造的24马力蒸汽轮船“克莱蒙特”号在纽约的哈得逊河上出现了!从纽约到阿尔巴尼城,“克莱蒙特”号迎着和煦的微风,以每小时8千米的速度行驶着。机器轰隆隆地响着,桨轮像风车一样地飞转。“克莱蒙特”号连续试航了8天,获得了成功。富尔顿的童年理想终于实现了!

矢志不移的邵尔斯

邵尔斯在美国一家烟厂里工作,跟打字机没有一点关系,但由于一连串的奇遇和巧合,使他成了这项专利的持有人。首先,他有一位在一家公司当秘书的妻子。由于妻子工作忙,经常将做不完的工作带回家,连夜赶写材料,非常辛苦。邵尔斯怕爱妻累坏了,只好帮助她抄写,有时写到深夜,两人往往都写得手酸臂疼。于是,邵尔斯开始有了发明写字机器的想法。

最初,邵尔斯打听到一位老技工叫白吉纳,他曾与自己的一位朋友研究过写字机器,于是邵尔斯去找白吉纳。

白吉纳很喜欢邵尔斯的认真劲,将他同那位已去世的朋友断断续续研究了十几年没有成功的写字机体模型送给了邵尔斯,并告诫邵尔斯,研究写字机器是异常困难的事情。邵尔斯决心已定,他把这些写字机雏形的机件当宝贝似的搬回家,便开始了艰苦的研究工作。

打字机的字臂,照现在的结构而言,似乎是理所当然的形式,可是当时在设计时,却使邵尔斯伤透脑筋。因为一开始他被那种盖印章既简单而实用的传统概念方式禁锢住了:他认为字键与字印之间不宜距离太远,最好是字键在上、字印在下,一按就可以有字出来,就像一般人盖印一样,既简单,而又能缩小机器的体型。可是,研究到最后,他觉得这一构想根本无法实现。

因为字键在上,字印在下的设计结构,字臂不能太长,否则,就像树根一样盘在下面,既复杂又不实用。可是字臂太短,又不能运用自如。因此,他的创造陷入了停滞阶段。

有一天深夜,邵尔斯工作得累了,到院子里去散步,回到屋里再想重新工作时,一抬头,看到他太太弯着背写字的侧影。就在这一瞥之下,邵尔斯内心深处激起了一阵轻微的颤动:灯下那个美丽的影子,是多么感人的一幅画面!他觉得坐在那里的不再是他太太,而是他苦思冥想的打字机模型。如果把他太太的头当做字键,弯曲的臂当做字臂,这种结构不是很理想的设计吗?邵尔斯不禁跳了起来,喊道:“姬蒂,我成功了!”

正在聚精会神抄写东西的姬蒂听到这一声喊,吓了一大跳,睁着充满惊恐的大眼睛,以为丈夫为搞发明而神经错乱了。

邵尔斯急急地过去抱住太太,充满歉意地说:“对不起,亲爱的,我不知道自己会失态,你赐予了我灵感,亲爱的。”邵尔斯太太流下了开心的眼泪。

邵尔斯矢志不移,绝不半途而废。他根据新产生的灵感,又改进了写字机的构造。经过4年的努力,终于在1867年冬天发明出世界上第一台打字机。

好奇的爱迪生

爱迪生是美国发明家、企业家。他一生只上过3个月的小学,他的学问是靠母亲的教导和自修得来的。他一生中发明了白炽灯、电报机、留声机、电影机等1000多项物品,被誉为“发明大王”。

爱迪生在小的时候就是个出了名的好奇的孩子。那时,他的身体瘦弱,很文静,话很少,但爱动脑筋,好问为什么,对身边发生的一切事都充满好奇心。春天,他常常一个人坐在村庄的路口,看大榆树怎样一天天冒出绿芽;秋天,他去山间观察枫叶怎样一天天变红。他对太阳东升西落、天上能浮动白云、夜间繁星时隐时现都感到惊奇,他甚至几个小时一动也不动地思索问题。

爱迪生五岁那年,爸爸要带他上街,可屋里屋外找遍了也不见他的身影。最后,竟发现他在鸡窝半蹲半坐着呢!

“爱迪生,你在这儿干什么呢?”爸爸奇怪地问。

“爸爸,我在孵小鸡呀!”爱迪生认真地回答。

爸爸又好气又好笑地拉他起来,说:“傻孩子,你是孵不出小鸡的,快和我上街去吧!”

爱迪生立刻皱起眉头,不解地问:“我昨天明明看见母鸡卧在鸡蛋上孵出了小鸡,为什么我就不行呢?”

他什么都想知道,什么都想亲自试一试。

还有一次,他竟捅了野蜂窝。他发现花园的篱笆上有一个野蜂窝,这是什么东西呢,这些洞里能有什么奥秘?他小心翼翼地凑到跟前往里看,似乎是空的。他决心彻底搞清这里面的奥秘,于是抄起一根木棍就往里捅。这下可糟啦!嗡的一声,一群野蜂从窝里飞出,径直向他扑了过来。顷刻,爱迪生的头上、脸上被野蜂蜇得到处是包,肿得跟面包一样。他痛得大叫起来,丢下棍子就往家跑。

爱迪生就是这样一个好奇的孩子!

火车上的实验室

小爱迪生非常勤奋好学,尤其对化学实验感兴趣。家里的地窖成了他的实验室。自从到火车上卖报后,在家动手实验的机会就大大减少了。在火车上,除了卖报,还有一些空余时间。他不愿意让时光白白流逝,就向老车长请求借用行李车上的一个角落来继续实验。老车长是个脾气暴躁的人,但他看到这个少年求知欲望强烈,态度又十分恳切,就点头同意了。

爱迪生高兴极了,带来了许多化学药品和器具。于是,世界上第一个火车实验室在行李车厢诞生了。一天,列车在高低不平的铁路上飞快地奔驰着,震得车厢左右摇晃。角落里实验正在进行。突然吧的一声,一瓶白磷被震翻在地上。白磷这种化学物质有两个“怪脾气”,一是容易氧化,它一遇到空气就和空气中的氧化合,并且马上发热,使温度不断升高;二是着火点低,就是不用太高的温度就可以着火。因此当这瓶白磷洒到地上后,顿时燃起火来,车厢内立刻烟火弥漫。爱迪生赶紧脱下外衣,边用力扑打,边喊人救火。

老车长和其他人闻讯赶来,顾不上追查火因,手忙脚乱地灭火。经过一场奋战,火被扑灭了,但也造成了一定损失。老车长望着满脸乌黑的爱迪生,火冒三丈,大骂了他一顿,并狠狠地打了他几个耳光。

爱迪生再也不能在火车上做心爱的实验了。随着他学识的不断增长,兴趣转移到电学方面了。每天晚上,他都和邻居的伙伴用自制的简单收发报机练发报,简直到了废寝忘食的地步。