周杰
摘 要:這篇文章講述了兩件事:剛開始接觸到角速度、線速度、向心加速度、平拋運動、斜拋運動等抽象的物理學概念時,確實讓人暈頭轉向;經過一段認真的綜合分析,終于分清楚了這三個“速度”概念的異同,就編造了一道選擇題與同學們交流,更加深了對這些抽象概念的理解。隨后又從古戰(zhàn)場使用的拋石機受到啟發(fā),聯系電路有串聯、并聯,火箭推進器也在使用混聯增大推力,就提出:導彈也可以在不同高度發(fā)射彈頭、走馬捎帶打擊敵方遠近不同的軍事目標,我把它叫做串聯發(fā)射,跟已經成功使用的多彈頭發(fā)射構成混聯,讓敵人猝不及防。
關鍵詞:角速度;線速度;速度合成;串聯;并聯;混聯
上小學時老師就經常講,應該養(yǎng)成一種‘處處留心、認真觀察的良好習慣,對你們的一生都非常重要,我并沒有太在意。在初中的物理課學習過程中,逐漸了解到一些科學技術的新發(fā)現、新創(chuàng)造,往往都是源自于一些不經意間的細節(jié):據說牛頓是因為蘋果砸到頭上,發(fā)現了萬有引力定律;瓦特是看到水開時壺蓋會上下跳動發(fā)明了蒸汽機,開創(chuàng)了工業(yè)文明時代;奧斯特在做電流實驗時,偶爾發(fā)現放在旁邊的小磁針會轉動,確立了電磁感應的規(guī)律,法拉第采用逆向思維的方法,堅持尋找把磁變成電的方法,最終發(fā)明了發(fā)動機,給我們開啟了如此美妙的電氣化時代的大門。
潛移默化之中讓我謎上了物理學,開始慢慢養(yǎng)成對知識精雕細琢,敢于發(fā)揮想象、通過推理拓展創(chuàng)新的思維習慣。這篇短文就記述兩件這方面的小事。
一、一道有趣的選擇題
升入高一下期,《物理》課講授知識的吸引力,很快就讓我著了迷,尤其是那些新的概念和術語,簡直弄得人眼花繚亂、不知所措。比如角速度、線速度,自由落體、平拋運動、斜拋運動,向心加速度的兩個公式,竟然一個正比、一個反比于半徑R。
雖說一時間確實讓人有點暈頭轉向,根據自己不服輸的性格,這些就又成了催人奮進的力量源泉。我暗自下定決心:先從徹底弄清楚這些成對概念與公式的異同開始,打下一個扎實的基礎,立志要學好物理以實現自己埋在心底的夢想。
興趣總能幫人擠出點時間,就是在往返于到餐廳的路上,我都會結合這些新概念提出一些不同想法,跟同學們討論、爭辯,兩周后根據自己的心得,就湊合出一道有趣的選擇題:
有一口很深很深的井,從井的中心丟下一個鐵球,落地時應該——
A、還在中心 ? ?B、偏東 ? ?C、偏西
同學們的意見多數傾向于A——理由是鐵球下落的過程中,總是在沿著地球的同一條半徑運動,地球轉動的角速度固定不會改變,所以落地點就‘還在中心。
少數人傾向于選C——他們認定鐵球是離開地球在空間中下落,應該與地球分開來看;對鐵球應該依據自由落體公式,判為豎直下落,地球卻在自西向東轉動,所以落地點就應該偏西。雖說下落距離有限,很難測量出來;理論上卻應該就是這樣、偏西。
我自己認為正確答案應該是B——依據是:鐵球離開地球在空間中下落的過程,屬于平拋運動。沿豎直方向是自由落體,選A雖有道理,卻忽略了鐵球在水平方向上同時也有位移。這一道題的要點問的是水平位移,就該依據水平運動的速度做出選擇。假設落地點O到地面N點之間、有一點M,N點的轉動半徑就一定大于M,二者的線速度vN>vM、在相等的時間內通過的水平距離就該是lN>lM。所以我認定B是正確的。
二、拋石機給予的啟發(fā)
在電影、電視上都可以看到古人使用拋石機,阻攔、打擊遠方敵人的場面,其實不就是應用杠桿原理,加大阻力臂的長度,增大石塊拋出去的初速度,讓石塊飛的更遠以避免敵人接近自己的防御工事,用來保護自己人安全的技術性創(chuàng)造。古人就能夠想到應用這些機械原理于戰(zhàn)爭,同學中間卻還有人連杠桿原理都搞不懂,人與人之間天生的素質差異,確實是太大了。
學過角速度、線速度的知識后,我就想:如果在拋石阻力臂上的不同位置放上石塊,只需要一次性的拋射,不就可以同時打擊縱深不同的敵人了嘛!由此讓我聯想到彈道導彈,如果借用這種原理,就有望出其不意地突破敵人的導彈攔截系統(tǒng),打他一個猝不及防。
具體地講就是,電能的利用有串聯、并聯之分,效果大不相同;火箭推進器的組合,開始時使用的是串聯,后來發(fā)現如果超過三級就難以控制,為了繼續(xù)增大推力,就發(fā)展出現在通用的串聯、并聯混合使用的形式——為什么彈頭的發(fā)射,就不能借鑒這些成果,也搞它個混聯發(fā)射呢?
上小學時就學過一篇既賣矛又賣盾的故事,實際上這個故事同時還告訴我們:為了能夠打贏戰(zhàn)爭,人類就不斷地對矛或盾在進行著創(chuàng)造性的改良,同時就促進了科學技術的迅猛發(fā)展。
為了突破對方的導彈攔截,就又發(fā)展出多彈頭同時發(fā)射、飛向不同方向的技術;但是,如果在你還未發(fā)射彈頭之前的飛行過程中就遭到攔截,多彈頭不是也就同歸于盡了嗎?
如果能夠實現串聯發(fā)射,也就是說在火箭飛行過程中的不同高度多次發(fā)射,對方就肯定不可能全部予以攔截。比如射向美國的洲際導彈,剛升空不久就發(fā)射一顆飛向關島的彈頭;在另一個高度再發(fā)射一顆飛向夏威夷的彈頭;而對方探測到你發(fā)射的導彈是飛向美國本土,聚精會神要把它攔截在本土之外,你卻走馬捎帶了關島和夏威夷軍事基地。即使被攔截到,也可以重創(chuàng)對方的軍力部署。
要想實施這種間歇性的串聯發(fā)射,技術上肯定會有不少難題需要解決;但是僅僅依據從高一物理課本上學到的知識,從基本原理上講似乎已經沒有太大的漏洞。