第3章 力学世界(2)

7.名侦探的解密之道

《福尔摩斯探案集》是世界上一本非常具有影响力的小说，作者是柯南·道尔。

有一次，柯南·道尔在英国北部旅行的时候，一位男爵夫人找到他，希望帮助解开一个五年未解的谜。

“五年前，我的丈夫去世了。他生前爱好高尔夫球，曾嘱咐要给他造一个像高尔夫球那样的墓，我照着做了。墓地是一块很大的长方形的石面，石面上凿有一个浅浅的坑，坑里放着一个直径80厘米的大理石球。墓是朝南的，在球上朝南的一面雕刻了一个十字架。墓地四周有高高的铁栅栏，平时无人进入。”男爵夫人说。

“夫人，发生了什么事呢？”柯南·道尔问。

“自从我的丈夫去世之后，每年冬天我都去法国南部，那里的冬天比较暖和，这样我心情也会舒服些。我每年春天回来给自己丈夫扫墓时，都会发现大理石球的南面都向下转了一点，你看看，现在的十字架都有一部分被压到了下面。这个现象只发生在冬季，其他季节没有。到底是谁滚动了大理石球呢？难道说是我丈夫的灵魂要出来，想与我一起去法国南部温暖的地方过冬吗？”

于是，柯南·道尔跟随男爵夫人到墓地查看。那石面上的浅坑里存着一些水，周围长满苔藓。大理石球，他估计有几百斤重，如果有人撬动它，也不是件很容易的事，是什么目的让别人去撬动它？真是她丈夫灵魂的力量吗？作为侦探家，他更求助于科学的解释。

这时，柯南·道尔的目光又落在浅坑的积水上。忽然他找到了解谜的“钥匙”。他说：“夫人，那不是灵魂的力量，而是冰和水的原因。在这里，冬天的夜晚温度常在0℃以下，浅坑里的积水总要结冰，而冰的体积要比原来水的体积大1/10还多。到了白天，由于阳光照射，球南面的冰会融化成水，而球北面受不到阳光照射，冰仍旧不变。这时，球两边受力不再平衡，南边没有冰的支持，它就比较容易向南滚动。到了夜晚，如果再积水再结冰，结冰时膨胀的力量更容易使球向南滚动。一冬积累起来，球就转动得比较明显了。”

男爵夫人的谜被解开了。

■

在力学系统里，平衡是指惯性参照系内，物理受到几个力的作用，仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕轴匀速转动的状态，叫做物体处于平衡状态，简称物体的“平衡”。因稳定的不同，物体的平衡分为稳定平衡、随遇平衡、不稳定平衡三种情况。

■

柯南·道尔（1859—1930），英国杰出的侦探小说家、剧作家。毕业于爱丁堡医科大学，行医十余年，收入仅能维持生活。后写侦探小说。《血字的研究》几经退稿才发表，以《四签名》闻名于世。1891年弃医从文，遂成侦探小说家。代表作有《波斯米亚丑闻》《红发会》《五个橘核》等。1894年决定停止写侦探小说，在《最后一案》中让福尔摩斯在激流中死去。不料广大读者对此愤慨，提出抗议。柯南·道尔只得在《空屋》中让福尔摩斯死里逃生，又写出《巴斯克维尔的猎犬》《归来记》《恐怖谷》等侦探小说。他塑造的福尔摩斯已成为世界上家喻户晓的人物。

8.泄露秘密的玻璃

曾一度辉煌的拿破仑在经历1815年滑铁卢战役失败后，被流放到大西洋南部的圣赫勒拿岛。看管的将军是英国人罗埃，对拿破仑的管理十分苛刻，只准一个仆人照料。

一天，快到中午时分，仆人还没回来做午饭，拿破仑气得直跺脚。正在这时，一个英国军官来说：

“阁下，你的仆人偷了长官的十枚金币，他被逮捕了。”

“混蛋！”曾经风光一世的拿破仑怒不可遏，破口大骂，“我的仆人绝不会干那种事！罗埃他连个仆人都不想给我留！”说罢就气冲冲地去找罗埃。他虽是囚犯，但仍留存着昔日统帅的威严。

“你给我讲讲仆人偷金币的过程！”拿破仑吼道。

罗埃说了事情的经过。原来，那天上午，仆人来找罗埃，要他给拿破仑请医生。当时罗埃正在清查收缴的金币，便叫秘书把仆人领到东边套间等候。罗埃告诉拿破仑：“我将金币放进抽屉里锁上，就去厕所。三分钟不到就回来了，发现钥匙忘在桌子上。收好钥匙，我叫你的仆人过来谈话。他走后，我又把抽屉里的金币清点一遍，发现少了十枚。不是你的仆人偷的，还会有谁呢？”

“在我的仆人身上搜到金币没有？”

“没有，想必是他藏起来了。”

拿破仑仔细看了看这个长官室，它的东西各有一个同样的套间，在通往套间的门上，门闩都在长官室这边，门上都装着相同的毛玻璃。东边的一间，他的仆人刚才呆过；西边的一间，罗埃的秘书正在办公。这两个套间又各自有门通向外边。拿破仑的手触摸到内门上的毛玻璃时，他发现东间的门上，是毛玻璃的粗糙面在长官室一边；而西间的门上，是毛玻璃的光滑面在长官室一边。于是，拿破仑果断地走进西间，以不容辩解的口气朝秘书厉声喝道：“你把偷的十枚金币交出来！”

那秘书先是一愣，然后狡辩起来。拿破仑说：“毛玻璃粗糙的一面，是凸凹不平的。当光线射上去以后，就会向四面八方反射回来。这就是漫反射。这样，很少有光线透过玻璃，所以隔着毛玻璃很难看清对面的东西。如果将水涂到粗糙面上，水就会将凸凹不平的地方填平，使漫反射大大减少，增多透过玻璃的光线，人就能隔着它看到对面的东西了。东间门上的毛玻璃粗糙面在长官室一边，我的仆人绝不可能将水涂到粗糙面上，而你在西间则可以办到，所以你可以清清楚楚地看到罗埃把金币放在哪里。就在罗埃上厕所的当儿，你从西间迅速出门，由屋外面进入长官室，拿起桌上的钥匙开了抽屉偷走金币，然后再由屋外回到西间。”这番话让罗埃的秘书哑口无言，只好交出金币。罗埃只得把拿破仑的仆人放走。

■

车前部两侧的反光镜通常是凸镜，它的视野比平面镜更大一些。车内中央的后视镜常是平面镜，车灯的反光罩是凹镜，它能会聚光线。在汽车上有的地方也要防止光的反射，如挡风玻璃做成斜向，从光学角度来说可有效防止外部强光的反射影响驾驶员看清前面的路。

■

随着工业技术的改进，玻璃生产技术也不断得到提高。应用最新全息技术开发而成的创新装饰玻璃产品镭射玻璃就是新型的装饰玻璃。它是应用镭射全息膜技术，把预制之镭射全息膜夹在两层玻璃中间，形成表面透明、但在各种不同角度上看可呈现不同的颜色、图案和视觉效果的特种玻璃。

镭射玻璃目前多用于酒吧、酒店、商场、电影院等商业性和娱乐性场所，在家庭装修中可以把它用于吧台、视听室等空间，如果追求很现代的效果也可以将其用于客厅、卧室等空间的墙面、柱面。

9.上下坡的车痕

倪宁非常喜爱骑自行车。有一天，他工作了一个通宵，到清晨才完成。他想骑自行车散散心之后再回家休息，就上街了。

突然他发现一个警察躺在路旁，腹部被刺伤，鲜血直流。他连忙停下车，用自己的围巾捂住他的伤口。警察忍着剧痛说：“十分钟之前……一个青年……突然用刀刺我……抢了我的自行车……向那边逃走了……”说完就闭上了双眼。

这时，天也亮了，恰巧有个上早班的人经过，倪宁招手向他求助，让他照料死者，自己骑车去追凶犯。走到前面，路分成左右两个岔道，而且都是上坡路。凶犯去哪条道了呢？他下车仔细察看哪条道有自行车压过的痕迹。

刚下过雨，路上有松软的黄沙，车痕清晰可见，两条路上都有。

“这两条都是上坡路，”倪宁镇静地想，“两边的车痕有什么不同之处吗？”

他发现右边路上的车痕，两个轮子所压的深浅差不多，而左边路上的车痕，两轮所压的深浅差别很明显。他忽然明白过来。这时，正好有警察赶到。倪宁告诉他们：“凶犯是从右边道上走的！”

刑警便从右边道上追去，追到了凶犯之后，便找到倪宁问了个究竟。倪宁分析说，平常骑车时，身体的重心离后轮近而离前轮远，所以人的重力分别压到两个轮子上时，分解给后轮的力大，而分解给前轮的力小。这样，后轮的压痕深，前轮的压痕浅。上坡时，身体要向前倾，重心前移，使前后轮所受的压力相差不多，两轮的压痕也就差不多一样深浅。左边道上的车痕是下坡的痕迹，绝不会是凶犯的车留下的。

■

什么情况下汽车在路面行驶不会留下痕迹呢？那就是失重的状态。影片中大侠们“腾云驾雾，飞檐走壁”的绝技在太空飞行中可是易如反掌，你只要轻轻一点脚，人就会腾空而起，在空中自由地飞来飞去，本领之大，超过人们的想象。以上种种的现象就是人们通常所说的失重。

判断物体是否完全失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。

■

重力的大小跟物体的质量成正比，计算公式为：G=mg。

其中G为重力，单位为牛顿（N）；m为质量，单位千克（kg）；g为重力常数，等于9.8N/kg。

在静止的情况下，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力也等于物体受到的重力。

10.科学家断案

大科学家伽利略因主张“日心地动说”而被天主教法庭审判，他的著作也被查封，70多岁的他也被软禁在家中。

在他被软禁的日子里，有一天接到女儿的一封信，他看过之后拖着病弱的身体去了附近一个修道院——女儿就在这里当修女。

“出事的现场在哪里？”老人问。

“在钟楼第四层的阳台上。”女儿一边用手指着一边说。

伽利略预测了一下，阳台高度大约15米，阳台的下边是条大河，对岸大约在40米以外。

根据女儿在信中的描述，他们是昨天早晨发现索菲尔死在阳台上的，她的右眼被一根细细的针刺过，针丢在尸体旁。那天晚上风很大，而钟楼下面的大门是从里面闩好的，没发现有第二个人在里面。是自杀吗？不可能，索菲尔是个虔诚的教徒，她绝不会违背教规而轻生的。突然他萌生了一个假设，是凶手从河对岸将毒针射过来。

“她为什么一个人在晚上去钟楼呢？”父亲问女儿。

“听说她对您支持哥白尼的‘日心地动说’（地球是围绕太阳转动的星球）的著作很佩服。她经常偷偷阅读这本书，但又不能被院长所发现，那晚她一定是上钟楼去观察星星和月亮了。”

伽利略曾经发明了一种望远镜，用它来观察，能将30米远的物体拉近到1米远，相当于把物体放大将近1000倍。他用来观察星星、月亮和太阳，做出了许多重大的天文发现。

“有人对她恨之入骨吗？”他反问道。

“好像有个同父异母的弟弟，为遗产分配的事特别恨他姐姐。出事的前一天，她弟弟送来一个小包，我不知道是什么。整理遗物时不见了。”

伽利略好像猜到了什么，说：“也许能在阳台下面的河底找到一架望远镜。”

果然不出所料，真的找到了一架望远镜。这是一架经过改装的望远镜。

“望远镜与杀人有什么关系？”女儿仍然一头雾水。父亲讲了他的推测。

伽利略在排除了索菲尔自杀的可能，排除了凶手现场杀人的可能以后，猜想凶手一定用狡猾的方法，让索菲尔在观察星空时，无意中用自己的手向自己射出毒针。他对女儿说：“索菲尔的弟弟事先在望远镜的镜筒里装上毒针。为了看清星星，索菲尔会在右眼贴近镜筒时，转动镜筒。镜筒中有螺纹，螺纹是斜面的一个应用：沿斜面移动较长的路程，镜筒才沿着‘斜面的高’向前移动较短的路程，以保证精确地调节镜片之间的距离。就在转动镜筒时，将连着毒针的压缩弹簧拉断，弹簧发生形变时储存的能量把毒针射出。索菲尔疼痛难忍，望远镜失手落水，她急忙将毒针拔出，但不敢喊救命。等毒性发作，就死去了。”

伽利略丰富的科技知识帮助他破了案。

■

在古代，弓箭为什么一拉就射出去了呢：那是因为人的力量让弓形成一个弧形，松开时，拉力变成了弹力，让箭射出去了。古代很多的战斗武器，如投石器等，都是利用这一原理设计的。

■

伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。

11.画家脖子上的短剑

曾经两次获得奥林匹克马拉松冠军的阿贝贝，两次都打破了世界纪录，但后来的一次车祸改变了他的人生，让他终生都在轮椅上度过。他出席在英国举行的残奥会期间，曾受命去拜访一位世界著名的画家，这位画家也是坐在轮椅上的残疾人。

画家住在伦敦郊外的古城堡里，阿贝贝与使馆人员共同前往。画家的秘书出来迎接，并用电话与城堡最高层的四楼联系，那是画家的画室。

画家在电话里客气地说：“请阿贝贝先生用茶，请稍等会儿，我这就乘电梯下来。”

当电梯下到一楼，门自动打开时，他们都惊呆了：画家坐在轮椅上奄奄一息，脖子上刺着一把短剑，剑柄上拴着一根很粗的橡皮筋。他们立即把画家推出来并放置好。

“奇怪，画室里只有画家一个人啊！”秘书说，并告诉阿贝贝和使馆工作人员，除了电梯，楼里还有一个螺旋楼梯。

“我们分别上去看看。”阿贝贝建议。他坐着轮椅进入电梯，画家秘书领使馆人员由螺旋楼梯上去。他们在四楼会合，没发现有什么可疑的地方。

“我去看看电梯上下经过的竖道里有什么异常情况。”秘书悲伤地说，并托使馆人员用电话报警。