黃洪才
摘 ? 要:“牛頓蘋果”的傳說在物理界可謂家喻戶曉。不管其真實性如何,但如果蘋果樹不斷長高,以至于非常非常高,脫離蘋果樹的蘋果會怎樣運動呢?對此問題的遐想,我們的視野從地面擴展至太空,我們的思想從牛頓力學躍升到相對論,是放開想象、放飛思想的典范。
關鍵詞:牛頓蘋果;遐想;牛頓力學
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A ? ?文章編號:1003-6148(2019)5-0063-2
牛頓的好友斯圖克萊在《牛頓的生平傳記》中記載了“蘋果落地”的故事:有一天,牛頓在花園里思考引力問題的時候,一個蘋果從樹上落下來。這時候,他就想,為什么蘋果總是豎直落向地面呢?為什么蘋果不向外側或向上運動,而總是向著地球中心運動呢?無疑這是地球向下拉著它,有一個向下的拉力作用在蘋果上,……這個力,應該就是地球對蘋果的引力![1]
一個很有意思的問題是,如果蘋果樹不斷長高,以至于非常非常高,脫離蘋果樹的蘋果會怎樣運動呢?為討論方便,我們假設地球是均勻的球體,蘋果樹長在地球赤道上,不考慮地球繞太陽的公轉,也不考慮空氣阻力對蘋果運動的影響。
遐想1 ?牛頓發(fā)現(xiàn)蘋果從樹上脫落后豎直落向地面。設想蘋果樹足夠高,例如100 km,脫落的蘋果還會豎直落向地面嗎?
通常的蘋果樹只有幾米高,蘋果從樹上脫落后做自由落體運動,豎直落向地面。但是,由于地球在自轉,蘋果脫落時的速度大于地面的速度,當蘋果樹足夠高時,蘋果就不會豎直落向地面了。
蘋果的偶然落地,勾起了牛頓對萬有引力規(guī)律的思考;蘋果樹的不斷生長,引起了我們對蘋果運動的遐想。對“牛頓蘋果”的遐想,我們的視野從地面擴展至太空,我們的思想從牛頓力學躍升到相對論,這不能不說是放開想象、放飛思想的典范。當然,這樣的蘋果樹現(xiàn)實中是不存在的,但它卻為我們發(fā)射人造衛(wèi)星提供了一種新奇的思路,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室正在研究的“太空電梯”從某種意義上說正是我們假想的“蘋果樹”[2]。
參考文獻:
[1]關于牛頓故事的真實性.https://zhidao.baidu.com/question/578423532.html,2013.8.
[2]人民教育出版社課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理(必修2)[M].北京:人民教育出版社,2010.(欄目編輯 ? ?羅琬華)