趣味物理学-物理教育.DOC

趣味物理学 第一章 速度和运动 我们行动得有多快？ 优秀的径赛运动员跑完1500米，大约需要3分35秒（1978年的世界纪录是3分32.2秒）。如果想把这个速度跟普通步行速度——每秒钟1.5米——做一个比较，必须先做一个简单的计算。计算的结果告诉我们，这位运动员跑的速度竟达到每秒钟7米之多。当然，这两个速度实际上是不能够相比的，因为步行的人虽然每小时只能走5公里，却能连续走上几小时，而运动员的速度虽然很高，却只能够持续很短一会儿。步兵部队在急行军的时候，速度只有赛跑的人的三分之一；他们每秒钟走2米，或每小时走7公里多些，但是跟赛跑的人相比，他们的长处是能够走很远很远的路程。 假如我们把人的正常步行速度去跟行动缓慢的动物，象蜗牛或者乌龟的速度相比，那才有趣哩。蜗牛这东西，确实可以算是最缓慢的动物：它每秒钟一共只能够前进1.5毫米，也就是每小时5.4米——恰好是人步行速度的1000分之一！另外一种典型的行动缓慢的动物，就是乌龟，它只比蜗牛爬得稍快一点，它的普通速度是每小时70米。 人跟蜗牛、乌龟相比，虽然显得十分敏捷，但是，假如跟周围另外一些行动还不算太快的东西相比，那就又当别论了。是的，人可以毫不费力地追过大平原上河流的流水，也不至于落在中等速度的微风后面。但是，如果想跟每秒钟飞行5米的苍蝇来较量，那人就只有用滑雪橇在雪地上滑溜的时候，才能够追得上。至于想追过一头野兔或是猎狗的话，那么人即使骑上快马也办不到。如果想跟老鹰比赛，那么人只有一个办法：坐上飞机。 人类发明了机器，这就成了世界上行动最快的一种动物。 读者现在可以看一看下面这个速度比较表： 米/秒 公里/小时 米/秒 公里/小时 蜗牛……………0.0015 0.0054 野兔…………………18 65 乌龟…………0.02 0.07 鹰…………………24 86 鱼……………1 3.5 猎狗…………………25 90 步行的人………1.4 5 火车…………………28 100 骑兵常步………1.7 6 小汽车……………56 200 骑兵快步………3.5 12.6 竞赛汽车（纪录）…174 633 苍蝇………5 18 大型民航飞机……250 900 滑雪的人……5 18 声音（空气中）……330 1200 骑兵快跑………8.5 30 轻型喷气飞机……550 2000 水翼船………17 60 地球的公转……30,000 108,000 千分之一秒 我们已经习惯使用人类的计时单位，因此，对于我们，千分之一秒的意义简直就等于零。但是，这个微小的计时单位，却在不久之前开始在我们的实际生活上找到了应用。当人类还只是根据太阳的高度或者阴影的长短来判定时间的时候，即使想计算时间准确到几分钟也是不可能的；当时，人们把一分钟看成是无所谓的时间，根本不值得去量它。古时候，人们过着毫不着急的生活，在他们的日晷、滴漏、沙漏等等时计上，根本就没有“分钟”的分度。直到十八世纪初叶，时计面上才出现了指示“分钟”的指针——分针，而秒针还直到十九世纪初年才出现。 千分之一秒，在这样短促的时间里能够做些什么事情呢？ 能够做的事情多得很！是的，火车在这一点时间里只能跑3厘米，可是声音就能够走33厘米，超音速飞机大约能够飞出50厘米；至于地球，它可以在千分之一秒里绕太阳转30米，而光呢，可以走300公里。 在我们四周生活着的微小生物，假如它们会思想，大概它们不会把千分之一秒当做“无所谓”的一段时间。对于一些小昆虫来说，这个时间就很可以察觉出来。一只蚊子，在一秒钟之内要上下振动它的翅膀500-600次之多；因此，在千分之一秒里，它来得及把翅膀抬起或放下一次。 人类自然不可能把他的器官做出象昆虫那样快的动作。我们最快的一个动作是“眨眼”，就是所谓“转瞬”或“一瞬”的本来意思。这个动作进行得非常之快，使我们连眼前暂时被遮暗都不会觉察到。但是，很少人知道这个所谓无比快的动作，假如用千分之一秒做单位来测量的话，却是进行得相当缓慢的。“转瞬”的全部时间，根据精确的测量，平均是0.4秒，也就是400个千分之一秒。它可以分做几步动作；上眼皮垂下（75-90个千分之一秒），上眼皮垂下以后静止不动（130-170个千分之一秒），以后上眼皮再抬起（大约170个千分之一秒）。这样你可以知道，所谓“一瞬”其实是花了一个相当长的时间的，这其间眼皮甚至还来得及做一个小小的休息。所以，假如我们能够分别察觉在每千分之一秒里所发生的景象，那么我们便可以在眼睛的“一瞬”间看到眼皮的两次移动以及这两次移动之间的静止情形了。 假如我们的神经系统果真有了这样的构造，我们所看到的周围事物会使你惊奇到想象不到的程度。作家威尔斯在他的小说《必威体育精装版加速剂》里，对于在这种情形所看到的惊人图画有过动人的描写。这部小说的主人公喝下了一种神奇的药酒，这酒对于人的神