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第6章 重的轻的谁先落地(1 / 1)

高一(七)班的教室,午后的阳光斜射进来,带着初秋特有的、澄澈又微暖的质感。如蚊徃 追最新璋踕黑板上还留着上节课的数学公式擦痕,空气里混合著书本纸张和少年人身上淡淡的洗衣液味道。

孟川站在讲台前,将手中的物理课本和实验器材——一根长约一米、两端封闭的透明玻璃管,以及一小片薄铁片和一小簇羽毛。

“同学们,上节课我们说到,物理学旨在探究万物运行的规律。”他翻开课本到新的一页,“今天,我们就从一个最古老、也最直观的问题开始。”

他在黑板上写下问题,粉笔笃笃作响:

“重的物体和轻的物体,谁下落得更快?”

问题简单到近乎幼稚。教室里立刻响起几声轻笑和低语。

“当然是重的快!”一个坐在后排的男生脱口而出。

“没错吧?铁球肯定比羽毛先落地。”

“感觉应该是”

孟川没有立刻评判,只是微微一笑:“凭感觉,大家似乎都得出了相近的结论。这很正常,因为我们日常观察似乎就是这样——石头比树叶落得快,铁块比纸片先着地。”

他顿了顿,目光扫过教室:“但是,感觉一定可靠吗?物理学,恰恰始于对习以为常现象的怀疑和追问。”

他转身,在黑板上写下两个名字:

亚里士多德

伽利略

“在很久以前的西方,有一位名叫亚里士多德的伟大思想家,”孟川的声音平缓,将学生们的注意力重新拉回,“他基于观察和哲学思辨,提出:物体下落的快慢与其重量成正比。也就是说,物体越重,下落得越快。这个观点统治了人们的思想近两千年。”

近两千年?教室里安静了一些,学生们脸上露出惊讶的神色。一个听起来如此“合理”的观点,竟然错了那么久?

“那么,是谁挑战了这个统治千年的观点呢?”孟川指向第二个名字,“就是这位,伽利略。他不仅是一位天文学家,更被称为‘近代物理学之父’。他通过严谨的逻辑推理和实验,对亚里士多德的观点提出了质疑。”

孟川走到玻璃管旁边:“伽利略设想,如果重的物体比轻的物体下落得快,那么,当我们把一个重球和一个轻球绑在一起下落,会发生什么?”

他略作停顿,让学生们思考。

“按照亚里士多德的观点,重球下落快,轻球下落慢,绑在一起后,快的会被慢的拖慢,慢的会被快的拉快,所以整体下落速度应该介于两者之间。但另一方面,绑在一起后,总重量变大了,岂不是应该下落得更快?这里就出现了逻辑上的矛盾。

几个思维活跃的学生已经皱起了眉头,显然被这个悖论吸引了。

“所以,伽利略推测,”孟川的声音清晰而肯定,“真空中,所有物体下落的快慢应该是一样的,与重量无关。 下落快慢的不同,主要是由于空气阻力的影响。”

“真空?”有学生小声问。

“对,就是没有空气的空间。”孟川解释道,“在我们周围充满空气的环境里,空气阻力对羽毛、纸张这种轻而面积大的物体影响巨大,所以它们下落很慢;而对铁球、石头这种密度大、相对流线型的物体,影响就小得多。”

他拿起那根玻璃管。玻璃管的一端有一个气阀接口,此刻连接着一个小巧的抽气装置。

“为了验证这个猜想,我们今天就来重现一个经典的思想实验的实体版。”孟川将那片小铁片和那簇羽毛,分别从玻璃管两端的开口放入管内,铁片和羽毛分别落在管底两端。“大家看,现在管子里有空气。我把它竖起来,让它们同时从顶部下落,猜猜会怎样?”

“铁片先到底!”学生们异口同声。

孟川将玻璃管缓缓竖直,果然,铁片“啪”一声迅速落到底部,羽毛则晃晃悠悠,飘摇了好一会儿才慢吞吞落下。

“看,符合我们的日常经验,对吧?”孟川将玻璃管放平,重新将铁片和羽毛放到两端,“现在,我要用这个抽气装置,把玻璃管里的空气,尽可能抽走,制造一个接近真空的环境。”

他开始动手操作手动真空泵。活塞抽动的轻微“嗤嗤”声在安静的教室里格外清晰。学生们伸长脖子,好奇地看着。

抽了十几下后,孟川示意差不多了。他再次将玻璃管缓缓竖直,并举高,让所有学生都能看清。

“注意看,”他的声音带着一丝演示实验特有的、引人入胜的张力,“现在,管子里空气已经非常稀薄。我数三下,同时放开对它们的固定。一、二、三!”

他的手指松开了某个机关。

下一刻——

在全体学生,以及跨越时空、无数双古代眼睛的注视下,玻璃管中那片小小的铁片,和那簇轻飘飘的羽毛,竟然并驾齐驱,以完全相同的速度,并肩穿过透明的管壁空间,几乎同时触及了玻璃管的底部!

“嘶——”

教室里响起一片整齐的倒抽冷气声,随即爆发出更大的惊呼和议论!

“真的同时!”

“天啊!羽毛羽毛和铁片一起掉下来了!”

“真空真空里真的没有空气阻力!”

“亚里士多德真的错了?”

学生们瞪大了眼睛,脸上写满了惊奇、兴奋和恍然大悟。那个看似理所当然的“常识”,在简洁而有力的实验面前,轰然倒塌。一种通过亲手验证而获得真理的奇妙感觉,在年轻的心里荡漾开来。

孟川脸上露出笑容,他喜欢看到学生这种发现新大陆般的表情。他将玻璃管放平,打开气阀,让空气重新进入。随着“嘶”的一声进气响,管内的铁片和羽毛恢复了原状。

“看,空气一进去,魔法就消失了。”他幽默地说,“所以,我们今天通过这个实验,验证了伽利略的推论:在忽略空气阻力的情况下,所有物体下落的加速度是相同的。。这是我们今后会频繁用到的一个重要常数。”。

“而物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,我们就称之为自由落体运动。”他写下这个标题,“它的规律,可以用几个简洁的公式来描述”

孟川开始讲解自由落体的位移、速度公式,并画出示意图。学生们听得格外认真,刚刚那个颠覆性的实验,仿佛一把钥匙,打开了他们理性思考与探究的大门。

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