格物游艺坊内,人群已围成了一圈。
坊内陈列着各式基础实验器材:滑轮组、杠杆、不同材质的斜面、磁石、铜线圈、简易的“太孙瓶”、粗细不一的玻璃管与陶罐,甚至还有一小桶水银和几块不同密度的金属块。
墙上挂着《格物蒙学初编》中的原理图示,角落里甚至有一台演示用的简易蒸汽机模型。
狄仁杰站定,环视四周,心中已有计较。他看向阿尔沙克与朴正焕,平静道:“既为切磋印证,便请二位先出题。狄某逐一应对,再提出一题请二位解答,如此可显公平。”
阿尔沙克冷哼一声,率先上前,指着墙上欧几里得几何图形与杠杆原理结合的一张图示,那是格物院为说明“力矩平衡”而绘制的教学图。
“狄郎君请看......”阿尔沙克语气带着傲然,“此图以几何法解杠杆平衡,固然精妙。然我波斯学者曾提出一疑:若杠杆非均匀材质,重心不在中点,且支点可动,如何以几何与力学统一求解最优省力点?此问题在泰西封曾难倒数位学者,不知狄郎君可有思路?”
问题一出,周围懂行的学子微微吸气。
这已不是基础问题,涉及非均匀物体重心计算与动态优化,确实刁钻。
帕丽娜担忧地看向狄仁杰,金真珠也凝神细听。
狄仁杰略一沉吟,眼中却闪过明悟的光芒。他走到器材架前,取来一根木质不均匀的长杆、一个可移动的刀口支座、一组砝码和一把刻度尺。
“阿尔沙克兄所问,本质是‘在约束下求极值’。”狄仁杰一边摆放器材,一边清晰说道,“格物院李太史令曾教导:凡此类问题,可分三步。一曰建模,二曰实验探察,三曰数学验证。”
他将长杆架于可移动支座上,在杆上不同位置悬挂砝码,并移动支座,示意众人观察杆的倾斜。
“第一步,建模。将非均匀杆视为若干均匀小段之组合,每段重心可测。第二步,实验探察。”
他取来细沙,均匀撒在一侧托盘中,将杆水平放置时,沙面与杆上一标记线齐平。
“此为粗略测整体重心之法,源自《九章算术》‘盈不足术’与格物院改进之‘分段悬吊法’。测得重心位置后……”
狄仁杰在杆上标出重心点,然后取来算纸,用炭笔快速作图演算。
“第三步,数学验证。设杆总长L,重心距一端为a,支点距同端为X,另一端悬挂重物W……”
他笔下流畅,列出力矩平衡方程,并引入“杠杆效率”概念——这是李易在《格物基础原理》中提出的新量。
“求效率最大,即求函数极值。此问题可化为求导数零点——此乃格物院自西域传入之‘微分术’雏形,在《新算学精要》附录中有简述。”
他迅速演算,最后得出一个简洁的表达式:“最优支点位置X_Opt=a+√(a(L-a)),此式与杆之密度分布无关,仅取决于重心位置与杆长。此结论可经实验验证。”
说罢,他调整支座至计算所得位置,悬挂砝码,杠杆果然以最小输入力保持平衡,且最为稳定。
周围一片寂静,随即大唐学子中爆发出低声赞叹。
阿尔沙克脸色变了变,他盯着狄仁杰的演算纸,试图找出破绽,却发现逻辑严密,且实验与计算吻合。他不得不勉强点头:“狄郎君……思虑周全。”
帕丽娜眼中异彩连连,金真珠也微微颔首。
朴正焕见状,急欲扳回一城,大步上前:“纸上谈兵罢了!看我新罗机关之术!”
他扫视器材,抓起几个滑轮、绳索、木块和一把弹簧秤。
“一炷香内,用这些材料制作一传讯机关,需满足:一、触发机关后,能将此小木块传递至三丈外指定位置;二、途中需经过一次垂直上升一尺;三、不得用人手直接推送。谁的设计更巧、用时更短、用料更省,便为胜!”
这题目考验的是机械设计、能量传递与空间布局的实用能力。
朴正焕显然早有准备,迅速动手。
他采用“重锤下落驱动绳索滑轮组”为主干,设计了一条迂回轨道,利用重力势能转化,使木块先滑行,再通过一个巧妙的角度碰撞弹入垂直竹筒,由筒内预拉的皮筋提供上升力。
设计复杂,用了二十余个零件,但确实满足要求。
众人屏息观看。
朴正焕手法熟练,半柱香便完成大半,脸上露出得意之色。
狄仁杰却未急于动手。
他观察着器材,目光落在那个蒸汽机模型旁的一截铜管和几个小磁铁上。
他忽然想起赵教习在实验课上讲过的一则趣闻:皇太孙殿下曾演示过“磁力与运动转化”的简易装置。
他心中一动,有了主意。
狄仁杰只取了五样东西:一根细长光滑的木制导轨、一小块嵌有铁片的木块、一块圆形磁铁、一根铜线圈、一节从废弃演示器材上拆下的小弹簧。
他先将导轨水平架设,一端略高于另一端,形成微小坡度。
在高端起点处,他将磁铁固定于木块下方。
在导轨低端终点上方三寸处,他悬挂了那枚铜线圈,线圈下端连接着一片轻质木片制成的“接料盘”。
“朴兄的设计倚重重力与碰撞,精巧却多耗材。”狄仁杰一边组装,一边解释,“格物之理,贵在简而效宏。磁铁与线圈,可生感应之力。”
他轻轻一推起始端的木块。
木块沿导轨滑下,由于嵌有磁铁,当它滑至悬挂线圈正下方时,快速运动的磁铁切割了线圈的“磁感线”。
就在那一瞬间,线圈中产生微弱感应电流,电流产生的磁场与磁铁相互作用,给木块一个轻微的向上“推力”。
同时,狄仁杰预先调整了导轨末端角度,木块恰在此刻脱离导轨,借着那微弱的磁推力与惯性,划出一道低平弧线,精准落入一尺高处的接料盘中!
整个装置只用了五个部件,无复杂滑轮绳索,却完成了“滑行—上升—精准投递”的全过程,且利用了电磁感应原理,正是格物院近年推崇的“清洁而高效”的能量转换思想。
朴正焕的机关此时也刚完成,木块在哐当作响中经过一系列碰撞,最终勉强落入目标区。
两相比较,高下立判。
周围人群静默片刻,随即爆发出热烈掌声。
连游艺坊的格物院值守教习都忍不住抚掌:“妙哉!以简驭繁,深得格物‘致用’之精髓!此设计当记入教学案例!”
朴正焕看着自己那复杂而嘈杂的装置,又看看狄仁杰简洁优雅的磁力传递系统,脸上一阵红一阵白。
他张了张嘴,最终抱拳:“狄郎君……技高一筹。在下服了。”
阿尔沙克见同伴认输,虽心有不甘,却也无话可说。狄仁杰方才的理论推演与眼前的实践巧思,皆展现出扎实而灵动的格物素养,非死记硬背可比。
狄仁杰却无骄色,反而向二人拱手:“二位所学各有渊源,波斯几何深邃,新罗机关务实,皆值得狄某学习。格物之学,本无国界,唯真理是求。今日切磋,狄某亦受益良多。”
他顿了顿,微笑道:“既如此,按先前约定,狄某也有一题,请二位指教。”
他走到那桶水银和不同金属块前,取出一枚铁球、一枚铜球、一枚木球。
“三年前,皇太孙殿下于演武场演示铁球铜球同时坠地,破千年迷思。今日狄某想问:若将此三球同时置于此水银槽中,何者沉得最快?何者最慢?请详释其理。”
这问题看似简单,实则暗藏玄机。
水银密度极大,铁与铜皆浮于其上,只有木球会下沉吗?
但若考虑水银的粘滞阻力、物体形状、甚至可能的表面张力与化学反应呢?
狄仁杰此问,意在引导众人思考“落体问题”在复杂流体环境中的拓展,正是格物院高阶研究的方向之一。
阿尔沙克与朴正焕闻言,皆陷入沉思。
围观学子们也纷纷讨论起来,游艺坊内顿时充满了探究真理的热烈气氛。
帕丽娜与金真珠相视一笑,看向狄仁杰的目光中,钦佩之外,更添了几分对大唐新学深不可测的敬畏。
狄仁杰立于人群中央,青衫磊落,神色从容。
他知道,这场小小的比试,不仅捍卫了大唐学子的尊严,更向万国学子展示了格物之学真正的魅力。
不是炫技,不是争斗,而是在实证与逻辑中,不断逼近天地万物运行之理。
远处,长安大学的钟声隐约传来,悠长而恢弘。