李逸尘把绳子收起来,又从桌上拿了一只茶杯,放在手心里。
“阎大匠,这只杯子拿在手里,手心托着杯底。杯子往下坠,手心往上托。杯子往下坠的那个力,下官管它叫'压力'。如果压力太大,杯子太重,手心托不住,杯子就掉下去了。”
他把杯子放回桌上,又拿起桌上的一根竹制镇纸,把镇纸两头各架在一摞书册上,中间悬空。
“阎大匠,你看这个。”
李逸尘用手指在镇纸中间轻轻按了一下。
镇纸中间微微往下弯了一点点。
“下官的手往下按,镇纸中间就往下弯。为什么弯的不是两头?因为两头有书册顶着,力传不过去,力集中在了中间。这种让东西变弯的力,下官管它叫'弯矩'。”
他松开手,把镇纸拿起来递给阎立德。
“阎大匠,你在工地上待了三十多年,见过的梁没有一千也有八百。”
“一根梁架在两根柱子上,梁上放了屋顶的重量,梁就会往下弯。”
“越长的梁越容易弯,越粗的梁越不容易弯。这个道理你肯定知道。但你知道为什么长梁容易弯吗?”
阎立德接过镇纸,在手里掂了掂,说:“长了就软,短了就硬。这是常理。”
“这确实是常理。但常理背后有原因。”李逸尘说,“原因就是弯矩。梁上承受的重量乘以梁的长度,就是弯矩的大小。梁越长,同样的重量产生的弯矩就越大,梁就弯得越厉害。”
“这个道理,用一个简单的实验就能验证——同样粗细的木条,一根三尺长,一根六尺长,中间挂同样的重量,六尺那根弯得厉害得多。学生亲眼看过之后,一辈子都不会忘。”
阎立德没有接话,但他的眉头已经松开了。
他盯着桌上的镇纸,像是在脑子里过什么东西。
李逸尘知道他在想什么,但没有催促。
他又拿起桌上的一张纸,卷成筒状,立在桌上,手掌在上面轻轻往下压。
“阎大匠,纸是软的,但把它卷成筒状竖起来,它能托住比它重几十倍的东西不下塌。”
“为什么?因为竖起来之后,纸筒承受的是压力,不是弯矩。纸虽然软,但承受压力的能力不差。”
“同样一个东西,让它承受压力,它很能扛;让它承受弯矩,它一折就断。这就是力的方向不一样。”
阎立德这时候开口了:“你说这个,老夫在工地上是见过的。一根木头,竖着当柱子,能承受几千斤;横着当梁,几百斤就能把它压断了。以前只觉得木头天生就该这么用,从来没想过背后有什么道理。”
“这就是力学。”李逸尘说,“它研究的就是力跟材料之间的那层关系。什么东西能承受什么力,力在结构里是怎么传递的,什么样的形状适合承受什么样的力。这些道理,本朝的工匠们其实都懂——不是用脑子懂,是用手懂。”
“他们在几千年的营造经验里,通过一次次试错,摸透了这些关系。”
“但他们说不出来。说不出来,就只能在师徒之间口口相传,传着传着就可能走样,或者失传。”
阎立德沉默了。
他把那根竹镇纸拿起来,自己用手指在中间按了按,看着它弯下去,手指松开,它又弹回来。
他反复弄了好几次,像是在验证李逸尘刚才说的每一个字。
“你再说说。”阎立德把镇纸放下,“你刚才还提到了压力。”
“压力。”李逸尘用手指了指地面,“我们脚下的大地也在承受压力。整个太极殿,梁、柱、瓦、脊兽,所有的重量加起来几百万斤,最后全部通过地基压在脚下的泥土上。泥土地基承受了太极殿全部的重量。如果地基不够硬,重量就会把地基往下压沉,一沉,柱子就歪了,梁就斜了,整个房子就要出问题。”
他顿了顿:“所以地基必须夯得非常实。不但要夯得实,还要比墙宽。因为房子的重量传到地基上之后,会在地基里面往两边扩散开,像水泼在地上会往四面淌一样。如果地基跟墙一样宽,重量扩散不开,下面的泥土承载不住,地基就会下沉。地基必须比墙宽,而且越往下越宽,形成一个梯形的截面,这样上部传来的重量才能在泥土里充分扩散。”
阎立德听到这里,忽然抬起手:“等等。你说重量会在地基里扩散——这个东西怎么证明?”
李逸尘想了想,把那张卷成筒的纸重新打开,铺平在桌上。
“阎大匠,下官现在没法用力学给你算地基里的应力分布。”
“但可以打一个比方。你把一根筷子竖着插进松软的沙土里,只插一寸深,筷子上面放一块石头,筷子立刻就会往下沉,因为重量集中在筷子底部那么小的一块沙土上,沙土受不了。”
“但是你如果在筷子底部垫一块巴掌大的木板,再放到沙土上,筷子顶着同样重量的石头,它反而不怎么往下沉了。”
“为什么?因为重量通过木板分散到了一大片沙土上,每一小块沙土承受的压力变小了。”
“地基的道理一模一样——底面积越大,单位面积承受的压力就越小,地基就越不容易沉。”
阎立德听完这句话,沉默了很久。
他端起来的茶杯已经凉了,但他没有喝。
他把凉茶搁回桌上,站起身来,背着双手在屋子里走了两步,又停下,转过身来看着李逸尘。
“李右庶子,老夫问你一句话——你说的这些,你是怎么知道的?”
这个问法很直接,甚至有点不客气。
李逸尘当然不能说实话。
他说:“阎大匠,下官从小喜欢琢磨这些东西。小时候看家里的房梁,就想着为什么梁是横着放而不是竖着放。后来在格物学院做实验,用木头、石头、泥巴搭各种小模型,一点一点试出来的。”
“再加上看了不少古籍里的营造记载,把书上的经验和实验的结果一对照,这些道理就慢慢理出来了。”
这个说辞不完全准确,但在贞观年间它是可以成立的——毕竟格物学院现在确实在干这些事。
阎立德又沉默了。
但他这次沉默的性质跟刚才不一样。
刚才的沉默是审度的、带有一点怀疑的。
现在的沉默是被什么东西打中了的沉默。
“老夫今年五十二岁了。”阎立德开口了,语速很慢,“在工地上待了三十七年。八岁跟着父亲跑工地,十六岁开始画营造图,二十三岁独立主持第一个大工程——襄城宫。”
“从那以后,献陵、翠微宫、玉华宫,还有大大小小几十处官署驿站,全是老夫主持修建的。”
“这三十七年里,老夫每天都在跟力较劲。梁压弯了怎么加固,地基沉了怎么补救,墙体开裂了怎么修复——这些问题,老夫遇到过无数次,也解决了无数次。但老夫靠的是经验,是祖上传下来的口诀,是一次一次试出来的土办法。”
他顿了顿。
“从来没有人告诉过老夫,这些东西背后有一套干干净净的道理。拉力、压力、弯矩——就这三个词,你把老夫三十七年攒下来的那些零零碎碎的经验,一下子全给串起来了。”
他转过身,看着李逸尘。
“李右庶子,你说的这些东西,能不能在格物学院教?”
“能。”李逸尘说,“不但能,而且已经有一套成熟的教学方法了。下官在格物学院一贯的做法是——理论和实践三七开。三分时间在课堂上学原理,七分时间在作坊里动手验证。”
“力学也是一样。比如讲弯矩,先在课堂上用木条演示长短粗细对弯曲的影响,然后学生自己去工棚里锯木条,搭简易的加载架,一块一块往上加砖头,亲眼看着不同长度、不同截面的木梁在同样的重量下弯到什么程度,记下来,做对比。”
李逸尘接着说:“格物学院从建院第一天起,就定了一条规矩:所有格物之学都要能用手摸得到、眼睛看得见。不搞空谈。像力学这种课,如果真的开起来,配合的实物演示绝不会少——木质桁架模型、石拱的缩小试样、不同配比的水泥砂浆试块,还有加载破坏实验。”
“学生亲手做,亲眼观察,亲手记录,这样才能真正理解力学的道理。”
阎立德听着,慢慢坐回椅子里。
这一次他没有沉默,而是直截了当地问了一个问题。
“格物学院,到底是怎么教的?”
这个问题让李逸尘有些意外。
阎立德没有继续追问力学,反而问起了格物学院本身。
李逸尘如实说:“格物学院的教学,分成三条线。第一条线是原理课——数学、几何、力学原理、材料常识,这些在课堂上讲。”
“第二条线是实操课——在工棚里动手。木工、金工、测量、制图、水泥配比实验,全是学生亲手干。”
“第三条线是项目课——每三个月至少做一个完整项目。比如设计一座小桥,从画图到算料到施工,全部由学生自己完成。做完之后,全学院一起评审,哪个地方做得好,哪个地方有问题,当面指出来。”
“这三条线是同时进行的。”李逸尘补充道,“不是先把原理全部学完了再去动手,而是早上在课堂上听原理,下午就去工棚里验证原理。学了力学的弯矩概念,下午就去搭梁做破坏实验;学了材料配比,下午就去拌水泥砂浆做试块。学以致用,当天学,当天用。”
阎立德听得很认真。
他问:“那学生呢?学生从哪里来?”