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日志

文科教授的科普

热度 1已有 4319 次阅读2016-7-13 04:25 |个人分类:科普|系统分类:教育

近一个月前,下面这个视频引起了我的兴趣,作为一道高考模拟题,我写了《 石头砸到汽车的物理与数学》一文。发现某位三本水平以下的网友完全看不懂,还骂骂咧咧,我又耐心地写了不用数学的《 石头砸到汽车与皮球撞墙的等价》。发现这位读者水平中专或以下,物理概念不清之后,我又写了《石头砸到车的物理概念》,《外力做功的伽利略变换》,但估计是对牛弹琴。有热心网友对问题进行实验验证,我设计了一个实验:《石头砸车理论的实验验证(建议)》。

在这个过程中,又遇到了参照系变换下能量为什么不守恒的问题,我又写了《 物理无神圣:惯性系变换下能量守恒?》以及《物理惊人自洽:有伽利略必有爱因斯坦?》。等我有时间,把这些科普收集起来,以后对中学生学物理有好处。

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在《 石头砸到汽车与皮球撞墙的等价》中我先对理想绳子(无机械能损耗)进行了分析,然后写道【有了上面的基础,绳子非理想的情况我们也可以计算了。绳子垂直方向速度不变,而绳子方向速度反向、大小减小某个因子。

今天,偶然看到姚小鸥教授的一篇博文。原来有人在跟他纠缠绳子是否用弹簧近似的事情。姚说【我不是一个从事理科工作的人,但就我曾经的工作经历来说,在画面给出的情况下,绳子的物理特性更接近于弹簧而不是刚性的铁链。】在另一处,姚教授写道【让我这个文傻给你科普一下吧:因为当作弹簧处理,就是“弹性能100%转变成动能!”

看了这个,我不能不说,这位文科教授的科普正确。理想的绳子固然可以当做拉伸的弹簧考虑(当然了绳子不像弹簧那样可以压缩),现实中的绳子也可以如此。这么显然的事情,还要多解释似乎是很无奈  事情。我附上一篇专门研究绳子弹性的实验论文让大家看看。

懂点英文的可以看到,文中的分析正是运用胡克定律,通过绳子振动频率测定 “the spring constant of the rope” (绳子的弹簧系数)。这个论文中的实验不但测了各种绳子的弹簧系数,还测定了其能量衰减,确定绳子的内部摩擦损耗。在论文中这个量称为"damping ratio"(衰减比例)。其中一种绳子的性能如下图。由数据可见,这种绳子衰减比率仅 0.015。也就是说,绳子非常接近理想弹簧的情况。






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