读经典|物理教育大师Eric Rogers的奇文:摩擦力的幽灵理论

百科   2024-11-23 18:43   广东  

先来看一个问题:地面附近的物体为什么要下落?

这里有三种不同的回答:

A. 因为有一个看不见的小天使把物体向下推


B. 因为物体具有向下落的本性

C. 因为物体受到地球的吸引力(万有引力)


你一定觉得,前两种回答很荒谬,或搞笑,第三种回答才是正确的、科学的回答。

但,你凭什么这样认为呢?理由是什么?


你如果认真、诚实地思考一下,多半会发现,你之所以这样认为,只不过是因为,你在学校学的是第三种回答,而不是前两种回答。

假如学校教的是第一种或第二种回答呢?……


天使,本性,引力,不过是三个不同的名词而已。引力凭什么有特权?

实际上,如果进一步问:物体之间为什么会存在万有引力?恐怕又只能回答:这是物体的一种本性。所以,这种回答比第二种回答好在哪里呢?


在杰出的物理教育家E. Rogers的传世之作“Physics for the Inquiring Mind”中,为了说明科学理论是如何创建的,以及什么才是好的理论,Rogers让浮士德用幽灵解释我们用摩擦力解释的现象——



我把它翻译出来:


“在你学习科学的整个过程中,你应当密切注意理论中所用到的假设,检查它们是否明智。太多假设会带来太多魔法。“词语和魔法最初原是一回事。”

是什么让滚动的圆球停下来?怎么,你说是摩擦力?你怎么知道让圆球停下来的是摩擦力而不是幽灵?假设你回答是摩擦力,但你的邻居浮士德,认为是幽灵。[你们之间展开辩论]

你:我不相信幽灵。


浮士德:我相信。

你:不管怎样,我看不出幽灵怎么能造成摩擦力。

浮:它们站在物体前面推物体,阻止物体移动。

你:即使在最粗糙的桌面,我也看不到幽灵。

浮:它们太小了,而且还是透明的。

你:但是表面越粗糙,摩擦力越大。

浮:因为幽灵越多。

你:润滑油可以减小摩擦。

浮:油把幽灵淹死了。

你:如果我抛光桌面,摩擦会减小,球会滚得更远。

浮:幽灵被你擦掉了;推圆球的幽灵变少了。

你:球的重量越大,受到的摩擦力越大。

浮:推它的幽灵越多;而且它碾碎的幽灵骨头越多。

你:我把一块粗糙的砖放在桌上,我用越来越大的力推它,只要不超过某个极限,砖会一直保持不动,摩擦力正好平衡掉我的推力。

浮:当然,幽灵使劲阻止砖块移动;但是它们的力量存在极限,超过这个极限它们就撑不住了。

你:但是当我用很大的力推砖块,使它移动后,砖块前进过程中会受到向后的力。

浮:是的,幽灵一旦撑不住,它们会被砖块碾碎。它们被碾碎的骨头会阻碍砖块滑动。

你:我感觉不到它们。

浮:你用手指沿着桌子搓。

你:摩擦力遵从确定的定律。比如,实验表明,砖块在桌子上滑动时,它受到的摩擦力不受速度影响。

浮:当然,不管你在它们上面走多快,被碾碎的幽灵数量都一样。

你:如果我让砖块在桌上一次又一次滑动,摩擦力每次都一样大。但是幽灵在第一次滑动时已经被碾碎了。

浮:没错,但是它们繁殖得非常快。

你:摩擦力还遵从别的规律:比如,阻力的大小与两个面的压力成正比。

浮:幽灵住在表面的孔隙内:压力越大,越多的幽灵冲出来阻止物体滑动,被碾死的也越多。”

好了,你悟了吗?

科学的故事
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