改变世界的6种力

《改变世界的6种力》，作者亨利·波卓斯基，是美国艺术与科学院、美国哲学学会和美国国家工程院的院士，也是专门从事故障分析的工程师，他善用文字传递科学之美，被誉为“科技的桂冠诗人”。读书笔记如下，我尽力将每一章要点摘录出来，为了让自己印象深刻。 本书通过深入浅出的语言和日常生活中的实例，带领读者探索力的神奇世界。 作者以其资深工程师的视角，结合丰富的力学科普知识，探讨了六种改变世界的力，包括引力、磁力、摩擦力、弹力、电磁力和应力，并揭示了它们在日常生活、工程技术、自然界以及古代建筑中的重要作用。书中还展示了力学原理在科技创新和社会进步中的巨大价值。 前言 作者希望帮助读者理解日常生活中物质世界的运转规律，以及在不寻常的情况下，遇到不熟悉的力时，可能会产生与直觉相悖的结果。 序言　洞察力来自对身边事物的感知 任何力都不可能超越科学的限制。本书的主题是机械力，在机械世界中，力是一个关键的赋能因素，力在很大程度上依赖接触和触摸。将感官聚焦在触摸上，能赋予我们感受与理解世界的新途径。 爱默生在为先验论打下基础时认为，研究自然将加深人们对于一切事物的理解。通过研究自然之力及其作用，可以拥有更广阔的视野来理解物质世界的运作方式，延伸出超越物质世界的表象，深入理解其中的社会和文化结构，以及人类情感与物质世界的联系。 全书分三大部分 第一部分　推与拉，理解我们与世界的联系 直接点明主题，通过生活中的例子，介绍了推力、拉力、引力、磁力、摩擦力以及共振，帮助读者建立力与世界的联系。 第1章　推与拉，力的认知起点 从物理学的意义出发，触碰某个事物就是对它施加一个力。声音和力经常相互伴随。 19世纪后半叶至20世纪初的英国，学术场合以外的演讲变得非常受欢迎，有来自于各行各业的热切观众。法拉利非常喜欢进行这种演讲，内容涵盖化学、电学与力学。伦敦的男女老少都很喜欢。法拉第对化学、电学和磁学做出了重大贡献， 每个领域中，他都非常依赖实验。并且在有关物质之力的演讲中，法拉第有时会交替使用力(force)和能量(power)这两个术语。 作者希望能够以法拉第为榜样阐述力。由人类肌肉力量引发的每一种可以想象的行为，如行走、奔跑、弯折、扭曲、旋转、翻滚等，都可以解释为一系列的推与拉。物质与力是通过运动相互联系的。 当一个合力作用在一个物体上时，能看到物体在运动；当这个力让我们做非匀速直线运动时，可以感觉到作用在身上的力。这就是牛顿发现的牛顿第二定律，该定律通过加速度的变化将力与物质联系起来，通过F = ma进行解释。方程与公式是交流的简单变形，是一种以尽可能少的符号表达普遍概念的方式。 最神秘的力，是引力。 第2章　引力，行星的拥抱 引力本身是一个无声无息但占主导地位的力。从我们出生以及之前，地球的引力一直伴随我们。“引力为我们选择正确的位置，同时教导我们、提醒我们、警告我们，让我们清醒地认识到成功之前会经历困难的残酷现实。正是引力激励我们飞翔，却又让我们脚踏实地。引力无所不在、无处不有，它既是忠实的朋友，也是善变的对手。” 引力当然有黑暗的一面。罗杰·巴布森将商业周期归因于牛顿第三运动定律，相信股票市场的运动是引力的结果，上涨的股票必定会下跌。1949年，他成立了引力研究基金会成立，开始为开发反引力技术的研究提供资金，并赞助了一次论文竞赛。巴布森将引力视为自由能力来源的观点在本质上是正确的，但在追求反引力机器方面过于极端。零引力是一个幻想。空间站内应称为“微重力”​。 第3章　磁力，童年玩具的回忆 电话的演进中，磁体发挥着至关重要的作用。20世纪的电话是烛台式，这种电话机将耳麦和扬声器整合在一个听筒里。二战后，电子技术革命将电话的内部结构从电动机械改为电子机械，且通过使用固体态原件，用键盘代替转盘拨号。 将声波传递给话筒中的膜片产生的不断变化的力，改变了耳麦的磁场，进而产生变化的电信号，最后在通信接收端另一个磁体的帮助下，电信号被转换回声音。 磁力造成物体运动并非来自接触。磁力看起来像是超自然的，它们具有极大的使用价值。稀土磁体的磁力强于铁磁体，但稀土磁体非常脆且易受腐蚀。我们无法看到任何力本身，就磁力而言，我们观察的并不是它们之间的力，而是围绕着每一块磁体周围的那些看不见的磁场的影响。 强大的电磁铁产生的力是超回路技术的核心，这由美国火箭工程师罗伯特·戈达德首创。磁悬浮就是利用磁体对于火车的排斥从而让其从铁轨上悬空。 第4章　摩擦力，跑鞋与冰刀 摩擦力取决于接触表面的状况，以及打破其中一个表面对另一个表面的控制所需的力。这个力总是我们在所有表面上的压力的一个分数，它会影响高处与低处之间啮合的效率。工程师称这个分数为相交表面的摩擦系数。每一种不同的材料组合,都可形成不同的摩擦力强度，而每一对接触表面都有与之结合的特定的摩擦系数。摩擦力也需要时间达到最大值。一旦表面之间发生了滑动，与压力相关的摩擦比例将显著下降，摩擦系数将由静态数值变为动态数值。在滑动表面之间的摩擦系数永远小于静摩擦系数。 涉及接触的一切行为都是推与拉这两种力的组合。赫兹认为，作用力与反作用力是“相互”的，而且“我们可以任意将其中一种视为作用力或者反作用力”​。通过运动施加的力带有强化因素，工程师称其为动态效应。所以，同样数量的物质可以产生不同的力和效果，取决于物质作用的快慢，以及与作用物体关联的加速度。 所以，当你走过一片冰封的池塘时要轻轻地、慢慢地走。 第5章　失控的力，共振与打滑 任何物质系统，无论简单还是复杂，都有一个固有频率，在自由运动的时候系统将依照这个频率振荡，比如整齐划一的步伐会对他们踩踏的表面产生一个加强的力。在过桥时，人们步行或奔跑时造成的上下振动的频率不能与结构的固有频率相同，否则桥面将随着脚步一起上下起伏，桥的运动幅度可能会逐渐增加，造成危险。通常，桥上装了减振装置，即能够控制不需要的运动。 力和运动是相互关联的，它们之间的纽带是质量。科学家以公式的形式确定了这种联系，这些公式被称为运动方程。这种知识可以为建立假说与检验假说提供基础，同时也可以用于开展与解释实验。 第6章　杠杆，能撬起地球，也能打开罐头 有3类杠杆，每一类都有3个要素，分别是阻力点、作用点和支点，它们的相对位置决定了类别的划分。前4世纪，人们已经认识到，力距离支点越远，划桨越有效。力和它与某个轴之间的距离的乘积叫作这个力对于这个轴的力矩，力矩越大，力造成旋转的潜力就越大。 要想将力转变为动作，杠杆是不可或缺的，无论以何种形式存在，杠杆都不可能过时。撬棒在其承重端呈现出明显的弯曲，像钩子的形状并非为了装饰，而是为了发挥功能。在刺破一个饮料罐的钢顶时也利用了杠杆原理。剪刀实际上是通过共同的支点连接在一起的一对杠杆。 在设计与使用装置和结构时，两个大小相等方向相反的平行力出现的情况很普遍，它们的名字是力偶。日常活动中，经常出现以力偶的形式应用的力。能通过力偶的应用来转动物体，而不使整个物体发生位移。 通过感受使用最简单的物体和机械时起作用的力，工程师能够识别与理解在更复杂的系统中发挥作用的力。最伟大的工作经常从最简单或者至少是最容易理解的相关困扰、问题或思想实验开始，它们也是一种思考方法。 第7章　生活中的力，行住坐卧皆是禅 从作者起床开始，探讨他经历的各种力。打开冰箱、拿出松饼、打开盒子盖子、把松饼放进嘴里等。我们的身体做出的每一个动作都与力有关。可以通过选择工具和力的作用方式来决定力的种类，也可以通过改变力的作用方向来决定力的作用效果。同样，出于不同的目的，人类可以通过改变力来推动文明的发展或者阻碍世界的进步。 我们依靠本能来完成最普通的日常动作，但人们往往会忘记它们其实可能跟文化有关。比如门的方向，在不同的国家有不同的惯例。 而关于门把手，原来多是圆的。有时候用尽全力也无法让它转动，因为这种常见的不便，让日常发明得以诞生，熟悉的技术得以进化，人们的习惯也时常随之变化。所以这个问题通过将门把手做成扁形或者扁长形来解决。这一改变让门把手的转动可以不通过摩擦，而是通过给拉长了的把手施加的侧向力作用。将门把手视为一系列杠杆系统，这个系统以其轴为支点，施加一个相对于门把手周边的切向力。之后，杠杆式门把手以大批不同的装饰性形状和饰面材料出现。它们的长度与宽度让人们容易抓住和操作。 第二部分　把握与放开，理解我们如何改变世界 通过对瓦楞纸、桥梁、卷尺等众多常见事物的分析，帮助读者理解力如何改变世界。 第8章　惯性，加速、转弯与急停时的小烦恼 根据牛顿第一运动定律，在不受外力作用的情况下，处于静止状态的物体将保持静止，一个做匀速直线运动的物体将继续保持这一运动状态。这种保持静止或者匀速直线运动状态的倾向叫作惯性。赫兹将这一现象称为一个可以“根据经验推断出”的“基本定律”​。 在公交车上，人们经常会感受到惯性，甚至受其困扰。电梯上也如此。在高塔上要安装阻尼器，是为了减轻塔内人员的不舒适感。 运动中的物体具有动量，动量等于物体质量m和速度v的乘积。该定律指出，系统的总机械能必须一直保持不变。除了相关的力，材料对于结果也具有重大意义。根据材料不同，动能会转化为各种其他形式的能。 作用力与反作用力现象经常出现在体育比赛中，体育装备的表现也非常依赖它在击打或者受到击打时是如何传递或吸收力。无论运动是怎样开始的，都可以把它们分解为平移和旋转两个基本运动。力是使物体直线运动产生加速度的原因；同样地，力矩是使物体旋转运动产生加速度的原因。 转动惯量时刻说明了一个物体的质量是怎样分布在一个旋转轴周围的。这对理解杂技演员、自行车轮和陀螺仪这类事物行为至关重要，还能解释一个长而扁平的旋转物体为什么会在没有明显原因的情况下改变旋转方向。在三维空间中，每个物体都可以围绕3条相互垂直的主轴线旋转，对于每条主轴线，物体都有一个与之对应的转动惯量。而回转力或回转效应与此相反，它们让自行车前轮保持直线滚动。 理解力和运动让我们懂得，节奏的变化不仅能令人愉快，而且能改变人生。 第9章　魔术般的力，不可能中的可能 杂技中会体现很多力学原理。比如回转力让旋转的盘子不会太快地偏离水平方向，这更大程度上依赖能量守恒的概念。一旦表演者让盘子或碗开始运动，它们就会像飞轮一样持续旋转。许多表演在很大程度上取决于对时机的精确选择。差不多每一项马戏团的表演都涉及力和与其结合的运动，全都与时机选择和对力的控制有关。作者强调，用数值推理进行的分析会消除神秘现象中的神秘色彩，但不会减弱表演带来的欢乐。体育中和日常生活中，也有很多力的配合。各种球类都需要力和方向的把握。 工程师的第一课，就是每一个技术领域都与任何其他技术领域类似。力学是物理学最古老的分支，力这个词和它的概念，总是会在化学工程、电子工程甚至核工程等课程中出现。工业革命的创新并不仅仅起源于科学，虽然一直有科学家认为科学比工程学更重要。力学是有关力及其作用结果的学科，任何工程师都必须理解力学。 作者从《纽约客》一篇关于 “纸张通道工程师” 的文章展开，文中提到伯努利定理解决难题，也解释了这一原理与苏伊士运河 “长赐号” 岸壁效应的共性。他强调，观察能力是理解物质世界的关键，人们也会因观察不细、存在先入为主的认知偏差误解事物，而精准观察和摆脱认知偏差对认知世界来说非常重要。 第10章　从理论到现实，让世界更精彩 作者讲述了“谷歌”名字的由来，这一搜索引擎网站的使命是“整合全球信息，使人人皆可访问并从中受益”​。支持大型计算机模型的人相信，只要有足够的存储与内存，它们就可以解决几乎任何问题。但经验丰富的工程师对此持谨慎态度。 工程师考虑力和它们的效果的方式必定会影响其考虑一般事物的方式，包括人与事物之间的相互作用。力也能够影响对于心智与形而上学的思考方式。在工程结构的世界中，并不需要非常强大的力才能影响一个结构的表现方式。 无论设计或分析的系统何等复杂，工程师都可以对其建模，并评估每一个零件，方法是考虑相邻的零件作用在它身上的力以及它随后作用在其他相邻零件上的力。知道每一个力的确切数值，为保证安全常考虑多于它几倍的力，这即为安全因子。安全因子会随环境的变化而有极大的变化。工程师在选择时更倾向于保证安全，人们也希望能将生命托付给专业从业者。 无论哪种物体，正是它与包括使用者的其他物体接触时表现出来的力，控制着它作为整体的一个部分发挥功能的能力，这也确保了它发挥功能时是否安全与可靠。每种事物都有合适的用法和尽力使用的极限，就是临界点。哪怕仅仅考虑物质之力，也可以解释生物体的形态，比如风会让树的成长偏离。 “与物质不同，力没有独立的客观存在。​”人们并不是根据力是什么东西来了解它的，而是通过它做了些什么来了解它的。力的概念的演变跨越数千年，而且一些物理学家认为这个演变仍在持续。 在生物学中，个体发生学概括了系统发生学，人们可以在生活中很好的利用力，虽然解释不清楚。带箭头的力作用在数学的点上，产生了带箭头的运动。工程师却知道，力的影响超越了运动。许多工程问题的目的是计算连接力，这意味着知道一个零件在实际结构或者机器中有多坚固。对于工程师来说，力不仅仅是抽象的概念，也是问题的核心。 第11章　斜面上的力，不平坦的游乐场 工程师普遍认为，埃及金字塔的建造者必定以某种方式利用了斜坡。工程师将斜面视为一种简单机械，它在某种程度上克服了引力。斜面有很多形式，只要物体和斜面的表面足够粗糙，坡度不太大，一个放在斜面上的物体就会停留在斜面上。将斜面的几何形态理想化为一个直角三角形，一个在斜面上被向上拉的物体受到三种力的作用：重力、拉力和反作用力，最后代表着表面如何支持物体并阻碍物体的移动，其一垂直于斜面（垂直分力）​，另一平行于斜面（摩擦力）​。斜面的力学优势在于，在让一块石头沿着斜面向上运动时，人们只需要克服它的一部分重力。自动扶梯，就是利用的这个道理。登机桥也是斜面。 飞机加速时，会感受到惯性；在飞机爬升时，可以清晰看到斜面上的物体会发生的变化，没有固定好的物体会向后滑动，没有固定好的小桌板会翻下来；飞机在跑道上降落会涉及各种新的力，还有一些与起飞加速时方向相反的惯性。 第12章　弹力，变形的弹簧和充气的薯片袋 物理学家往往从重力出发考虑问题，而工程师则往往从质量出发。在日常生活中，人们经常会忽略重力和质量之间的差别，但是购物时，应该记得把看上去差不多的东西拿在手中，用多年购物积累得来的重量感加以比较。 胡克定律的表达式为F=-kx，其中，弹簧施加在物体上的弹力F和弹簧的拉伸长度x通过弹簧常数k关联。实际应用中常在胡克定律的k前面加一个负号，这个负号实际是指弹簧产生的弹力与弹簧伸长或压缩的方向相反，如果弹簧向一个方向拉长（比如说，取这时的x为正值）​，则与拉长对抗的力是负值，或者说弹簧的力与拉长的方向相反。弹簧总是寻求恢复其自然长度，除非拉伸过度。长尾夹本质上也是一个弹簧。一切物质都有一定的弹性，而在碰撞过程中，即使没有别的能量损失，也会有一些能量转化为声能。所以我们可以将它本身视为一个弹簧。 在超市里，从货架上取下商品，把它们放进购物篮子里，重量的积攒会增加轮子的承重以及它们对于地板的压力。而工业地毯具有韧性，能够为装着沉重购物车轮子转动提供足够摩擦力，但它也会产生阻碍轮子滚动的阻力。设计者必须在硬地板和更柔软的表面之间做出选择。 第13章　应力，为什么蛋糕盒用薄板纸而比萨盒用瓦楞纸 一切事物都会在压力或者应力下弯曲。 工程师在设计任何装置时考虑的主要问题就是弯曲和折断的发生。必须足够坚固，才能抵御它将面对的力的作用而不至于断裂；刚度都必须足够大，才能在上面说的那些力的作用下维持形状。在设计一项基础设施的关键部件时，工程师必须让它能够抵御各种正常情况下会出现的力，以及少见的情况下可能出现的力。 工程师了解力的多种表现，并运用他们的知识来设计各种结构、机器和系统，一个设计得很好的结构不仅必须结实，而且必须有足够大的刚度，以维持其形状不变。 大自然也遵循着类似的设计哲学，关于强度和刚度的问题无处不在。强度和刚度必须以一种平衡的方式相结合，才能产生有效的结构。比如鸡蛋壳，引起形状使其强度大于刚度，所以小鸡用很小的力气就可以从内部突破。 作者从面包盒子，甜点盒子的包装中拆解力学相关的结构和操作。方形的纸盒子如何在甜点或面包放进去之后，再拼装起来，用细绳绑住。拎着盒子，如果保持巧妙的平衡，材料的弹性基本上会保证甜点不会变形。 一开始，披萨的盒子是普通的软纸薄板盒子。新鲜比萨高热、高湿度的特点，让这种大而浅的盒子变得更脆弱、更软、更容易向下塌陷。更结实、刚度更大的瓦楞纸板制造比萨盒可以解决这一问题，60年代，达美乐比萨的创建人汤姆·莫纳汉委托厂家为该店设计与制造了这种盒子。在盖紧的时候，瓦楞纸板比萨盒更加坚固。瓦楞纸的刚度更大。波纹化过程在夹层结构中形成了空气通道，更具有隔热性质，有助于给盒装比萨保温。目前盒子正有一些渐进性变化，试图解决几何形状不搭配的问题。“盖子支撑器”或“比萨叠放器”​，则用以支撑盒子顶部。吃披萨这一行为中，包含着许多力学原理的运用。 而所有的盒子都遵循以下道理，盒子一经打开，就能感受到它的刚度降低，因为密封的顶盖能维持盒子的刚度。一条对角线将一个四边形分为两个三角形，三角形的形状不会轻易改变，因此，大批桥梁的结构模式往往以三角形为主，这种特点的结构称为桁架，其词义之一是“一束棍子”​。可以在正在施工的钢制建筑物框架中看到对角线，有对角线或者结构细部给予支撑的长方形就像没有打开的谷物盒子的顶和底。 通过折叠或者其他改变表面形状的方式增加刚度是结构工程学中常见的技巧。 第14章　卷尺，家家都有的“变形金刚” 桥梁需要设计得坚固且具有较大的刚度，但它们可能还是会动。一切桥梁都有某种程度的跳动与摇晃。如设计成完全固定不动的，不但成本极高，也无法适应钢材与混凝土因热胀冷缩产生的力。即使被视为刚性典范的建筑物，也会在受到强风和发生地震时摇晃。所以有些建筑物在设计时就有可运动的部分。 许多行业都与可变动结构有密切联系。比如钢卷尺具有自我矫正、收放自如、便于使用的特点。使用之后，带有弹簧功能的可伸缩卷尺可以让使用者在使用后迅速改变它的形态，并将尺身收回盒内。将卷尺拉出这一动作会将盒子里的弹簧上紧，并储存了将尺身拉回盒子里所需的能量。尺身在离开盒子一段距离后仍然在某种程度上保留了刚度，能够足够灵活地在角落上操作，甚至可以缩回紧凑的盒子里。 是的，结构也可以存储能量并将其猛然释放。 第15章　压缩力与拉伸力，桥梁变形是坏事还是好事 从本质上说，一根柱子无论样式和材料是什么，它必须支撑的重量都会从柱顶通过柱脚向下压。工程师称这种力为压缩力。随着时间的流逝，结构柱的高度也会因蠕变现象而变短，梁会因反复加载与卸载引起的疲劳而变得不那么坚固。与压缩力对立的是拉伸力。 决定物体会在什么时候断裂的是物体能承受的应力强度，而不是某个固定的应力值。一切事物都有断裂点。单一的力可以产生的应力大小，取决于它是分散在一个比较大的表面上，还是集中于表面的一小部分上，作用区域小能够大大增强动态力的效果。 知名建筑师经常用拟人模型解释建筑。哈利法塔作为世界上最高的建筑物建成时，代表了超高建筑设计的新典范，建筑师比喻它为一个人用打开的伞抵住水平吹来的风和雨，一条腿撑在身体后面作为支架，在风雨的肆虐下，他稳住了自己。拟人模型可以让我们感受到结构失效时问题出在哪里，比如堪萨斯城凯悦酒店出的事故。而福斯桥作为一个成功的工程项目和结构现象，在很大程度上得益于人体模型，悬臂梁结构也在工程师和非工程师中广受欢迎。 在科技发达的计算机时代使用虚拟的人体模型可能更符合当下的技术发展。所有的模型都必须谨慎地构建、使用和解释，避免提供误导性的信息，以防止让人们对结构和力量产生错误的理解。使用计算机模型时，如果仅仅将其当作演示工具而不是计算工具，更容易发生不经思考的错误，后果严重。 第16章　看不见的手，风的破坏力 风的破坏性久为人知，但人们之前对于它的推力巨大程度并无正确的量化认识。埃菲尔铁塔设计工程师古斯塔夫·埃菲尔清楚地认识到，具有能够抵御风的袭击而不翻倒的强度很重要，他在设计塔的形状时充分考虑了风力的影响。但当时并非所有工程师都有这种先见之明。 力可以是看不见的或者看得见的、物质的或者象征性的，但它们的效果永远是真实的。一个孤立的力或复杂的力，都会以两种基本方式之一作用在一个物体上。第一种是通过直接接触发挥作用，第二种方式是跨越一段距离发挥作用。接触力是有形的，引力和磁力曾被认为具有一种“神秘的性质”​，它们通过稀薄的空气从一个物体传送到另一个物体身上的。还有另外一种力介于二者之间，空气本身的力，可以通过风的压力证明自己存在。 工程师都避免结构自发地从一个期望的状态转变为一个不太理想的状态，这是不稳定性的表现。9世纪中叶，风施加的力仍然是混淆、充满争论、有时被彻底忽略的问题。特别是在设计高层结构时，尤其需要考虑风力的影响。埃菲尔就曾如此。如今埃菲尔铁塔优雅的外形与数学分析得到的曲线一致，该曲线证明，推倒结构的风力（力矩）的影响在其基座上最大，因此其结构在基座处最宽。 而风一直以来都是悬索桥的噩梦。结构的运动可能损伤结构本身时，就必须采取措施减轻摇晃。一种方式是使用调谐质量阻尼器，把一个大质量物体放置在一座高层建筑物的上层，然后让它向与建筑物的运动方向相反的方向运动。调谐质量阻尼器的使用始于20世纪70年代，后以多种形式出现。在风洞测试中，工程师寻找的特定行为之一是桥梁或摩天大楼模型在不同风速下的稳定性。 当然，如果风影响了某个建筑物的行为，这个建筑物也能影响吹过它周围的风的行为。 第17章　拱桥与拱顶，集体大于个体之和 4000年间，人们逐步开发了带有圆形、反圆弧和尖状轮廓的拱，突拱并不是通过一点一点地凿掉悬臂的建材，而是通过使用楔形建材达到的，优雅的曲线是建筑过程的副产品。这种建筑可以通过在垂直两侧搭建横梁，留下为窗户和门提供的直边开口。 世界上最宏伟、最令人叹为观止的内部空间都是结构之力的杰作，比如万神殿、圣索菲亚大教堂、圣保罗大教堂、美国国会大厦等。拱顶的结构涉及三维空间，由于重力的作用，拱顶往往会趋向扁平化，其边缘会向外推展，除非有强大的底部支撑结构来抵消这种趋势。如果拱顶的底部支撑不足以抵抗其自身的重力和形变趋势，拱顶往往会出现裂缝。因为随着圆顶直径的增加，其四周必然会被拉伸。当拉力超过了材料的承受能力时，必定会通过产生裂缝的方式释放过多的压力。 第18章　金字塔和方尖碑，用工具四两拨千斤 尽管金字塔的建造细节仍然存在争议，但无需质疑的是这项庞大的工程必须动用大量劳动力。但古人是如何移动如此沉重的石块并建造金字塔的呢？虽然有许多答案，但大多数答案又引发了更多的问题。所以如今并没有让大多数人信服的论点。 而关于方尖碑，完好无损地从采石场分离出来的大型方尖碑需要被仔细地提升起来，然后运往预定的地点，这是一个巨大的难题。丰塔纳于1590年出版的《梵蒂冈方尖碑搬迁纪实》中记录了整整一年的搬迁工程。将方尖碑从它原来矗立的地方提升，搭建一个脚手架，然后利用4个杠杆、绳子和滑轮组，以及数量足够多的工人完成这项工作。方尖碑周围包裹木套。当从它原有的基座上被提升起来之后，人们将方尖碑旋转并使其变为水平状态，接着人们利用放在碑下的滚筒，沿着一条专门修建的提升坡道转运方尖碑。转运路程不到碑的高度的10倍。到达新地点之后，许多马和工人共同转动48台绞盘才能抬起方尖碑，并让它落在新的基座上。今天，这座纪念碑仍然矗立在圣彼得广场上。 方尖碑的大多数搬运行为发生在19世纪。它们都很古老。 但并非一切艰难的任务都涉及在庞大且沉重的物体上施加巨大的力。比如开一罐冷藏密封罐头。盖子被压得越紧，它与罐子之间的摩擦力就会越大，打开变得越困难，需要付出越大的努力。还有拧开各种瓶盖还有打开瓶塞，都不是很容易。 第三部分，开始与结束，理解我们力量的边界 通过华盛顿纪念碑的建造，航行在大海中船只的“唠叨”等实例，帮助读者理解力的边界。 第19章　与大地一起脉动，怎样的结构能够抵御地震 确保任何结构，如建筑物、桥梁、塔、大坝等不会坍塌的最可靠方法，就是尝试模拟使其坍塌，即分析设计。现代砖石结构通常融合穿过空心煤渣砖块的钢筋，增加墙的强度，通过数字模型，现代工程师知道了应该在什么时候，如何使用更大、更坚固的梁和柱。 关于华盛顿纪念碑，其规划、设计与建筑持续了将近一个世纪，考虑到它的意义与位置，牵扯到政治、财政和其他非技术性问题。故事的、每个方面都涉及多种形式的力。除了物理之力，更大的阻碍来自文化、审美观念、政治以及经济方面的“力”​。但其实华盛顿纪念碑并非真正意义上的方尖碑，而是砖砌结果模拟出方尖碑的结果。从结构上来说，它将被设计为靠在大理石肋状物上的大理石石板，总重量大约300吨。里面是空的，如今可以让游人乘电梯上下游览。它兼具宏伟与简朴​。时至今日，它仍然是世界上最高的砌石建筑，且对于改造地基的设计与施工极为成功，自建筑开始至今，一百多年间它里仅仅下沉了10厘米。它的微瑕是：仍然可以看到它因为建筑中断而留下的不可消除的痕迹，一条清晰可见的分界线分开了两种颜色的大理石包层。 地震之力很多时候悄无声息，它可以通过在地面上施加力来使建筑物振动。声学探测器被用来在地震仪记录到任何地面运动之前提供预警。地震对建筑物造成损害的另一种方式是地面在移动时建筑物被留在原地。如果结构部件未能有效固定，或者它的固有频率与振动的大地的频率过于接近，那么任何结构都无法抵抗地震之力。 第20章　感受与倾听，终结的序曲 “太重的负载会造成沉重的负担，长时间扛着过重的负载会感到疲惫，无论是生活中的人还是雕像都是如此。”工程师用抽象的方式思考具体问题，但如果不理解作为计算基础的最初假定及该假定的有效标准，工程力学或者任何其他科学中的计算本身都是毫无意义的。失效标准即材料的极限值。 结构元件即使受到的力未达到破坏程度，也会发生损坏。正如人体，特别猛烈的冲击或者运动不但损伤骨头，还损伤肌腱。在钢体船上，会使用一种监测钢丝状况的非视觉方法，即通过一种叫作声发射传感的技术进行监测。用一个非常小的麦克风，就可以检测并计算内部发生故障的钢丝数量。一旦出现问题的钢丝数量达到危险程度时，必须做出重大的工程决定。 结构系统承载的力处于舒适范围内是其正常执行功能的理想条件。在工程学的真实世界中，人们很难在强度与刚度之间随意做出选择。结构与系统的设计始终涉及科学和艺术的平衡。 结语　力，让我们准备好拥抱未来 不同文化的人会在不同的环境和情境中感知力，力的各种表现形式塑造了世界，并在某种程度上解释了有时令人困惑的行为。人类通过感觉、实践与思考，学会了如何运用力来达到目的。 本书力求通过生动的叙述让读者理解和欣赏力学之美，作者的语言非常优美而精准，兼容了科学与艺术之动人心魄的美感。美中不足的，关于力学关于结构的建筑设计图和构造图几乎没有几张，专业性方面差了一些。

对高中生来说浅显了一点，对小学生来说刚刚好。 作者善于讲故事，不过结构安排的并不是特别好。