《墨经》中的力学
力学是研究物体运动规律的一门科学。在考古研究中发现，无论东方还是西方的古代人民都对力学规律进行了相当多的思考和探究。中国是世界上最早进入农耕时期的国家之一。随着农耕技术的发达，都邑建筑的兴造，天文观察的进步，继冶铜手工业之后，冶铁手工业和铁制工具的出现，都伴随着对简单机械的应用，我国古代力学也随之产生和发展。《墨经》作为战国后期的著作，对墨家在自然科学上的讨论，尤其是在物理学上的讨论进行了记载，其中不乏对力学现象的观察和分析。
墨家最早指出：“力，刑之所以奋也。”
这里“刑”同“形”，指物体的运动状态；这里的“奋”字是由静到动、由慢到快的意思。墨家的观点可以解释为：力是物体由静到动、由慢到快，改变运动状态的原因。
《墨经》中还记载道：“力，重之谓，下、举，重奋也。”
意思是，物体的重量也是一种力，物体下坠、上举都是基于重的作用，也就是力的作用效果。中国古代一直把重量单位如“钧”“石”等作为力的量度单位也可以说明这一点。
古时人们曾用头发编成发辫来悬挂重物，结果发现发辫中有的头发被拉断，而有的头发不会被拉断。对此墨家进行了细致的观察和深入的研究后发现：当这些头发共悬一件重物时，由于头发松紧程度不同，被拉紧的那一部分头发承受了重物的全部重量。尽管重物的重量可能不是很大，但这些头发往往先被拉断，其他头发也有可能相继被拉断。于是墨家认为，假如重物的重量能够均匀分配到每一根头发上，这些头发就可能一根不断。所谓“轻而发绝，不均也。均，其绝也莫绝”。[1]
表1.1.1 分层学习要求
想一想
足球运动员射门，球的运动速度大小和方向均发生了改变。在这个过程中，是什么使足球的运动状态发生改变的呢？
撑杆跳运动员腾空而起，杆发生了弯曲，是什么使它发生形变的呢？
力的定义
在物理学中，力（Force）是一个物体对另一个物体的作用。如图1.1.1所示，当人推动车子、用杆击球、拉开弓箭时，均需要对物体施加力的作用。常说的“推”“拉”“提”“压”“举”“打”“撞”“摩擦”“吸引”“排斥”等都是属于力的作用。
图1.1.1 力的作用
实际上，力看不见也摸不着。力的概念是人们通过观察力的作用效果，科学地抽象总结出来的，与之类似的还有“场”的概念。
施力物体和受力物体
举重运动员将杠铃举起来，运动员的手和杠铃之间就有力的作用。杠铃被举起来，杠铃是受力物体，而运动员（或运动员的手）是施力物体。如图1.1.2所示，帆船上的船帆鼓起来，是由于船帆受到风力作用。空气是施力物体，船帆是受力物体。
图1.1.2 帆船
由此可见，力不能脱离物体而独立存在。存在力时，就一定存在施力物体和受力物体。单个物体，不会产生力的作用。
1.你能举例说明生活中常见的力的作用，并指出这些力的施力物体和受力物体吗？
2.施力物体和受力物体是固定的吗？
想一想
话说三国时期，刘备、关羽、张飞“桃园三结义”后，张飞对自己排在第三位总感到不服气。有一天，兄弟三人饮酒聚会，张飞喝了不少酒，趁着酒劲提出与关羽比力气，想出口气。他提出：谁能把自己提起来，谁的力气就大。说罢，他用双手紧抓自己的头发，使劲向上提，尽管他使出了最大的力气，憋得满脸黑紫，甚至把自己的头发都拔掉了一大把，结果还是不能使自己离开地面，最后便气呼呼地坐在自己的椅子上了。关羽想了一下，找来一根绳子，把绳子的一端栓在自己的腰上，另一端跨过一个树杈，双手使劲向下拉，结果身体慢慢离开了地面，关羽胜了。
你知道张飞为什么失败吗？
力的作用是相互的
举重运动员将杠铃举起的同时，杠铃也在压着运动员。此时杠铃变成了施力物体，运动员变成了受力物体。图1.1.2中风把帆船上的船帆吹鼓的同时，风也受到了船帆的阻碍作用。此时船帆是施力物体，空气是受力物体。
可见力的作用是相互的。存在力的作用时，一个物体既是施力物体，又是受力物体。也就是说，A对B施加力的同时，也受到了B给它的力。我们把A对B的力叫做作用力，那么B对A的力就叫做反作用力。反之亦然。因此力总是成对出现的，作用力和反作用力统称为一对相互作用力。(www.xing528.com)
接触力和非接触力
像推力、压力、拉力等需要物体直接接触，才能产生相互作用的力叫做接触力。如图1.1.3所示，像磁体间的吸引力和排斥力、带电体对轻小物体的吸引力、地球对物体的吸引力等不需要物体直接接触，也可以产生力的作用，叫做非接触力（又叫场力）。
图1.1.3 非接触力
3.不接触的物体之间靠什么发生力的作用呢？
力的作用效果
如果你看到一个正在冰场上滑动的冰球突然停了下来或者突然改变方向，你会猜想到什么？
当你在行进过程中突然摔倒，是身体碰到了什么障碍物吗？
如图1.1.4所示，篮球突然改变了运动方向，你自然知道是因为同学们对篮球施加了力的作用。
图1.1.4 篮球赛
4.你能再举一些例子说明力可以改变物体的运动状态或形状吗？
由上可知，物体运动状态的改变，是因为它受到了力的作用。
如手拉树枝、保安叔叔肩扛扁担，树枝和扁担都变弯了，这是物体间相互作用使物体形状发生改变的现象。
由上可知：物体间相互作用的结果，总伴随着物体运动状态或物体形状发生变化。即力可以改变物体的运动状态或形状，这就是力的作用效果。
自我评价（第1题选自教科版物理教材八年级下册）
1.怎么判断一个物体是否受到力的作用？
2.如图1.1.5所示，火箭点火后向下喷出高温、高压的燃气，燃气推动火箭腾空而起，说明物体间力的作用是_________，火箭在推力作用下加速上升，说明力可以改变物体的_________，该力的施力物体是_________。
图1.1.5
3.跳高运动员对撑杆施力的同时，撑杆也对运动员施了力，但这两个力的作用效果不同，前者改变了撑杆的___________；后者改变了运动员的____________。
四种基本力
自然界中的相互作用多种多样，非常复杂。但是人们迄今发现自然界中只存在四种基本的相互作用，或者说四种基本力。它们是：强力、电磁力、弱力、引力。
电磁力存在于带电粒子以及一切带电体之间。由于构成物质原子的原子核与核外电子都带有电荷，因此在宏观现象中普遍存在电磁相互作用。电力和磁力当然是电磁力的两种存在形式，至于摩擦力、弹性力，以及分子之间的范德瓦尔斯力等等实际上也都是电磁力。
强力，顾名思义，其作用强度要比其他三种力大得多。人们对强相互作用的认识始于1935年日本的青年理论物理学家汤川秀树对核力起源的假设。他认为核力是一种吸引力（注意：与核力的情况不同，电磁力中既有吸引力，也可有排斥力）。核力存在于原子核内的质子及中子（统称核子）之间。为了能够克服核内质子间的静电斥力，从而使核子紧紧束缚在原子核内，核力的强度显然要比电磁力强得多。
弱力，它的作用距离更短，强度又很弱。1934年，年轻的意大利物理学家费曼提出了一种描写β衰变的弱相互作用理论。所谓β衰变，就是指中子衰变为质子、电子和电子型反中微子的过程。放射性元素所以放出β射线（即电子流），正是由于β衰变所致。后来发现，弱相互作用也是自然界中普遍存在的一种相互作用，除光子外的所有基本粒子都参与弱相互作用。
在四种基本力中，对引力的研究历史最久。经典的引力理论经历了牛顿的万有引力理论和爱因斯坦的广义相对论这两个阶段。爱因斯坦在他的广义相对论中建立了引力场方程，并预言了引力波的存在。按照量子论的观点，引力波是量子化的，它的基本粒子叫做“引力子”。物体间的引力相互作用是通过交换引力子而产生的。由于引力与电磁力类似，都是长程力，因此引力子的质量应与光子一样也为零。由于引力太弱，所以引力波和引力子至今未被发现（2016年，LIGO科学组织和Virgo团队首次探测到了双黑洞合并时产生的引力波信号）。现代的物理学家大多数还是相信引力波及引力子是存在的。因此各国科学家，其中也包括我国的科学家，正在作巨大的努力，试图发现它们的存在。
虽然引力普遍地存在于一切物体，当然也存在于所有基本粒子之间，但由于它的强度很弱，所以在基本粒子研究中常不加考虑。在基本粒子中起主要作用的是强力、电磁力和弱力。因为强力与弱力的短程性，所以只要一超出原子核的线度，强力和弱力便迅速减小，以致不起作用。所以在宏观现象中，电磁力便成为主要的力。只有宇宙天体，它们的质量巨大但却不带电，此时引力便成了起主导作用的基本力。[2]
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