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第44章 动之能衡,功化其变(1 / 1)

物理课的节奏推进著。幻想姬 埂欣醉快孟川站在讲台前,手中把玩着一颗小小的钢珠。

“同学们,”他将钢珠轻轻抛起,又接住,“我们之前学了势能,知道物体因为被举高或发生形变而储存能量。那么,一个物体因为运动而具有的能量,又该如何描述和计算呢?这就是今天的主角——动能。”

他放下钢珠,转身在黑板上写下标题:

动能与动能定理

推导与讲解沿着既定的清晰路径进行:从直觉到恒力直线运动的推导,得出动能表达式 e_k = (1/2) v2 和动能定理 w_合 = Δe_k。孟川强调了定理的普适性——适用于变力与曲线运动,并列举了汽车碰撞分析、火箭燃料估算、穿甲研究等现代应用。

光幕之外,万朝时空,当“动能”的公式与“动能定理”的表述如同惊雷般划过天际时,在各朝那些已经对“力”、“功”、“运动”有所钻研的头脑中,激起的不仅是理解的浪花,更是将其与自身世界对接的、强烈的实践冲动。这一次,不止于模糊的联想,一些具体的人物和事件,开始在历史的暗流中涌动。

唐,贞观年间,将作监公廨。

一位名叫陆明的年轻匠作丞,正伏案疾书。他出身寒微,却因心灵手巧、喜好琢磨机巧之物而被选入将作监“力学所”。数月来,他如饥似渴地研习、记录光幕所授,尤其对“力”、“运动”、“功”等概念着迷。此刻,他听着孟川讲解动能定理,眼中光芒越来越盛。

他负责协助改良军中用于投射火油罐的轻型抛石机。以往调整射程,全靠经验增减配重或改变抛射角度,效率低且不稳定。昨日,他刚刚根据对“重力势能”和“抛体运动”的粗浅理解,写就一份《梢炮发力与射程估算刍议》,试图将配重下落的高度与抛射体获得的初速度联系起来。然而,其中涉及能量转化的环节总是模糊不清。

此刻,动能定理如一道光劈开迷雾!

“配重下落,重力做功,转化为配重自身动能及通过机构传递给抛射体的动能!若忽略摩擦损耗,总功等于总动能增量!”陆明兴奋地低语,笔尖在纸上飞快演算。虽然很多参数他无从得知,但动能定理为他提供了一个清晰的框架:配重质量 _配 x g x 下落高度 h ≈ (1/2) _配 v_配末2 + (1/2) _抛 v_抛初2。他意识到,要提高抛射体动能从而增加射程,不仅可增加配重或高度,更需优化机构,使配重的动能更有效地传递给抛射体,减少自身无用的末速度。

他立刻在原先的《刍议》后增补了“动能传递效验”一节,虽然算式粗糙,但思路令人耳目一新。次日,他将文稿呈给了顶头上司、将作少监阎立德。

阎立德正为陛下关注军械改良之事而焦虑,见到这份融合了光幕新学与传统匠艺、条理分明的文稿,大为惊异。尤其其中“动能”、“功”、“转化”等词,与近日陛下询问天幕物理时提及的隐隐相合。他不敢怠慢,稍作润色,便连同陆明此人一并报于宰相房玄龄处。

数日后,两仪殿偏殿。李世民看着阎立德呈上、经房玄龄转递的文稿,听着对陆明其人的介绍,手指在案几上轻轻敲击。

“一个将作监的小小匠作丞,竟能将那天幕之学,用到军械实处?”李世民眼中露出感兴趣的神色,“虽显稚嫩,然其思路清晰,有格物致用之志。传朕口谕,擢升陆明为将作监主事,专司‘力学所’军械改良案头推演与实测校验之事,所需物料、人手,著阎立德酌情调配。令其将所悟之理,详加阐述,于将作监内讲授,择聪慧匠人习之。”

陆明,这位原本可能埋没于图纸与工坊尘埃中的小人物,因一纸结合了“动能定理”思想的策论,命运轨迹悄然改变。

宋,熙宁年间,汴京军器监。

一名叫沈拓的弓弩院作头,正面临着枢密院下达的硬指标:为应对边患,需在不大幅增加弓力的前提下,提升神臂弓的破甲能力。沈拓精于制弓,对“劲度系数k”和“形变数x”决定弹性势能已有体会,但如何将势能更有效地转化为箭矢动能,始终难有突破。

动能定理的讲解,让他抓住了关键。“弓弦释放,势能转化为箭矢动能,然弓臂自身亦有余振,此即能量未全数传递!若欲增箭之动能,非惟增势能,更须减弓臂之无用动能!”

他连夜召集手下几位老匠人,反复琢磨。他们想到,或许可以在弓弰加装精心配重的减震木块,或改良弓弦释放时与箭尾的扣合方式,使能量传递更突然、更集中,减少弓臂回弹的幅度和速度,从而将更多弹性势能专注于推动箭矢。这想法虽仍基于经验直觉,但有了“动能转化与分配”的理论指向,比以往盲目尝试多了几分底气。

沈拓将改良思路写成条陈,附上简易的试验数据对比,通过监丞呈递上去。此时正值王安石变法,讲求“富国强兵”,重视实用技艺。军器监长官见其条陈中竟引用了“天幕所示之动能定理”为理据,且思路新颖,便将其作为“格物新法改良军器”的实例,上报三司条例司。

不久,沈拓得到了额外的经费和材料支持,被允许小规模试制改良版神臂弓。虽然最终效果提升有限,但其“以理导技”的尝试得到了肯定,沈拓本人也被调任弓弩院案牍工作,脱离了纯粹体力匠作,有了更多琢磨与记录心得的机会。

明,洪武年间,龙江宝船厂。

匠户周大根是个负责为海船打造舵叶的老木匠。他一直困惑于为何有些舵形在水流中更“吃劲”,转向更灵。光幕讲“力”、“速度”、“功”时,他听得半懂不懂,但记下了“力乘位移是功”,“速度快了,东西就厉害”。

今日听到“动能定理”,讲到水流冲击、做功、动能变化,他混沌的脑子里忽然闪过一个念头:水流冲击舵叶,就像大锤砸木头。水流有速度,撞到舵叶上,舵叶受力,要是能让这“水锤”的劲儿更多地变成让船转动的“功”,而不是白白被水溜走或者让舵杆嘎吱响,舵不就更好使了吗?

他不懂公式,但凭著几十年跟木头和水打交道的经验,开始偷偷比划。他觉得现在常用的方形舵叶,正面撞水厉害,但水也容易从两边滑走,是不是有点可惜?他想起偶尔见过的鱼尾,摆起来那么有力。于是,他利用工余的边角料,试着削出了几片形状奇怪的舵叶模型:有的带点弧度,像半片叶子;有的在尾部稍稍扭转。他甚至在自家水盆里用木板模拟水流冲击,观察木片转动的样子。

他的古怪行为引起了工头注意。工头本要斥责他浪费工料,但看到那些形状特异的模型,又想起近来朝廷似乎鼓励“奇巧有益于漕海者”,便多了个心眼,没有声张,只让周大根把模型收好,莫要耽误正活。

周大根不知道,他的这些粗糙模型和朴素想法,后来被一位有心的小吏记录,作为“匠户自发格物”的零星事例,汇入了一本名叫《洪武匠作异闻录》的册子中,静静地躺在某处库房的角落。他的命运并未立刻改变,但一颗基于直观能量转换理解的、试图改良工具的种子,已经在一个最底层的工匠心中埋下。而那个注意到他的工头,日后在审核一批新舵图样时,脑海中偶尔会闪过周大根那些“怪模怪样”的木片。

动能定理,这个连接着“功”与“动能变化”的简洁公式,不仅是一个物理定律。在光幕照亮的万朝时空,它成了某种催化剂,激发了不同阶层、不同身份的人们,将抽象的理论认知与具体的生产实践相结合的最初尝试。

有人因此获得了上升的阶梯,有人得到了施展抱负的些许空间,有人则在卑微的劳作中默默点燃了创新的火星。

他们运用的“物理”粗糙不堪,甚至谬误百出,他们的“改良”可能收效甚微,但那种试图用理性分析替代纯粹经验,用统一原理指导具体技术的思维转向,已经随着“动能定理”的传播,在历史的岩层中刻下了细微却不容忽视的痕迹。一场静默的、自下而上或由中间阶层推动的“格物致用”潜流,正在物理之光的照耀下,悄然汇聚。

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