亚里士多德的问题

亚里士多德在伽利略奠定力学基础的两千年前就写出了《力学问题》一书，这本书里有36个力学问题，我们选择其中的一个来看一看：“在木头上放一把斧头，并取重物压在斧头上，此时木头受到的伤害极小。如果将重物移开，拿起斧头高高举起向下砍在木头上，木头就会被劈成两半。但向下砍的重量远不如之前压在上面的重量大，这是为什么呢？”

亚里士多德没能解答这个问题，其原因在于那个年代的人们对力学的认识极为有限。我们的读者中或许也有人无法解答这一问题，所以接下来我们就对它进行详细的探讨：

斧头砍到木头上时，它的动能包括人举起它时产生的能和将它向下砍时获得的能。假设斧头的重量是2千克，被举的高度是2米，人将它举起时产生的能就是2×2=4千克米。斧头向下砍的过程在重力和人的臂力的共同作用下完成，如果仅仅只是靠其自身重量的作用，那么这个动能应该等于它被举起时得到的能，也就是说应该等于4千克米。但由于人臂力的作用使斧子的速度加快了，它得到了更多的动能。如果人的手臂在使斧子向下砍时用的力与将其向上挥时用的力相等，那么斧子向下砍时获得的动能就要再加上一个4千克米的能，所以斧子砍到木头上所具有的动能一共是8千克米。

斧子砍到木头上，能砍进去多深？这个深度我们假设是1厘米（即0.01米），这意味着斧子的速度仅在0.01米的距离内就归零了，或者说斧子的动能在0.01米内被全部消耗光。现在我们很容易地就可以对斧子施加于木头的压力F进行计算：根据F×0.01=8，得到F=800千克。也就是说，斧头是用800千克的力量砍木头的，重达800千克的力劈开一块木头简直是小菜一碟，没什么好奇怪的。

我们在解答了亚里士多德的问题的同时，又得到了一个新问题：

人不能仅靠自己肌肉的力量劈开木头，那么他是怎么把那么大的力量传给斧子的呢？重点在于，挥砍斧头的上下运动所经过的长达4米的路程中所得到的全部能量，仅在1厘米的路程中就消耗光了，所以就算不是斧子，而是别的什么东西，有这样的功率也就不再是它自己了，因为这已经相当于“本领”堪比锻锤的机器了。

在工业上，5000吨的压力机代替了150吨的气锤，600吨的压力机代替了20吨的气锤，等等。上面的分析结果让我们明白了这种替代所带来的工作效率上的巨大提升。

用同样的道理可以解释许多现象，比如骑兵所用的武器——马刀，它的砍劈力度极大。

事实上，尽管刀刃上的面积是极小的，但当力量被集中在刀刃上时，每平方厘米的压力相当于几百个大气压，这个意义是非常重大的。

挥刀的幅度也对砍劈的力度起到了重要作用，在砍到敌人身上之前，马刀的一端挥动的距离约有1.5米，而这1.5米内获得的能量，在马刀砍入敌人身体10厘米左右的深度内就消耗光了，这段距离只是1.5米的，但这也相当于战士们手臂上的力量增加到了原来的15～10倍15～10倍。

另外一个有助于提高杀伤力的因素就是砍杀的方法：马刀的使用方法不仅是砍击，砍击的同时还必须将刀抽回，所以更确切的说法不是砍击，而是砍切。

我们在生活中可以做个小实验，就是在切面包的时候，你试一试砍与切两种方法，看看哪种更容易。