能推人前进的静摩擦力与会说人话的驴风马牛正相及

能推人前进的静摩擦力与会说人话的驴风马牛正相及 谁能证明本文基能推人前进的静摩擦力与会说人话的驴，本观点不成立即 可获得RMB叁风马牛正相及 仟元整。 作为介绍现行经典力学知识的大学物理学教材，北京大学赵凯华老师与中山大学罗蔚茵老师合编、1995年初版的《新概念物理教程?力学》是近年来(限于2003年之前。此后小老儿已很少关心新的力学专著了)我国出版的同类教材中较好的一本。不但内容详实，而且文字与插图都很活泼，有点《费曼物理学讲义》及《伯克理物理学教程》的味道，可读性较强。但版面排得太挤，给可读性添了负值。重要的是:正是在这本在内容上相当不错、发行量更不会错的教材中，有其它同类籍都不谈的有关拔河比赛胜负的动力学解释，而它又错得十分离谱。并且，他俩似乎对此毫无感觉;每年从全国高考中选出、进入北大的顶尖高中毕业生似乎也是如此。其它院校，特别是罗蔚茵老师所在的中山大学(这也是所挺不错的大学)的物理教师与学生自然更不用说——在小老儿目及的范围内，未曾见到对它的一点点批评。因此，小老儿把它作为我国现在众多大学师生面对近代西方科学时共具的宗教徒心态的第一例。 1 用静摩擦力的不同大小解释拔河比赛的胜负，堪比驴子说人话 在该书中，这部分内容是在介绍自然界中常见的几种力，且是在介绍了重力、弹性力之后说及的——在用并否全无道理的隔离体法证明了“当绳子的质量可以忽略时，„„绳子上各点的张力相等，这张力等于绳子两端所受的外力f，从而绳子两端所受的外力必定大小相等，方向相反”以后开始叙述，但又没有介绍完，直等到介绍完摩擦力，才又继续并完成叙述。又，该书中叙述这部分内容的文字的字体和字号都不一样。因为只为如实录其内容，下面就只摘录相关部分并使用统一的字体字号(该书67页,72页。图号是原有的): 拔河的游戏是大家熟悉的。两人直接手拉手地比赛～他们彼此之间施与的力是一对作用力和反作用力～按照牛顿第三定律～必然大小相等～方向相反。然而平常更多的情况是通过一根绳子来拔河的。与人体相比绳子的质量往往可以忽略～从而按照a 上文的～绳子两端所受的力50kg 也总应大小相等～方向相反。 且慢:说到这里也许有不同的 意见。请听 b 甲:“像图2,21a中那个瘦弱的男50kg 子和那个粗壮的大力士拔 河～绳子两端受到的力能一 样大吗,” 图2,21 与大力士拔河 乙:“大力士再强壮～比不过一堵 墙。若像图2,21b中那样～把绳子的一端固定在墙上～让那个瘦人去 拉另一端～绳子两端的张力不是也一样大吗,” 甲:“那是因为墙是死的～它给出的反作用力是被动的。而大力士在主动地 用力气～他可以施出比瘦人大得多的力。绳子在墙上那端的张力只是 1 瘦子一个人的力～两人拔河时绳子中点的张力等于两人用力之和。” 乙:“可是你看～在两种情况下系在绳子中间弹簧秤的读数却是一样的呀:” …… 现在我们可以来裁决某甲和某乙围绕那场拔河比赛的争论了～胜负的关键在于脚下的摩擦力。如果两人脚下摩擦系数一样～大力士可能得到的最大静摩擦力ff大,图2比瘦子的21 ,26a,。尽管两人拉绳子两端的 力f总是大小相等～方向相反～a 当f,f,f时～大力士就能把瘦子21 拉过去。若让大力士站在光滑的 冰上～而瘦子站在粗糙的土地 上～大力士有再大的力气也赢不b 了。所以～某甲错了～某乙是对的 。 图2,26 胜负的关键在于摩擦力 赵、罗两位老师认为大力士获胜的关键是地面施与大力士脚上的静摩擦力,地f2面施与瘦子脚上的静摩擦力f1。但是，非常可惜，这一解释肯定不成立。因为既然可以假定绳子的质量可以忽略时他们双方拉绳子的力相等，那么只要条件稍作变化，就也可以认定这两个摩擦力的大小相等甚而把它的作用完全排除掉—— 如图1,1a。设大力士和瘦子都站在一块坚而轻的板上，该板子的质量小得和那根绳子一样也可忽略不计。他们两人与该板子间的摩擦系数足够大，而板子和地面间的摩擦系数为0。在这样的假定条件下，存在于他们双方脚与板子间的静摩擦力f'，自然应该和他们双方拉绳子的力f一样是相等的。至于在此情况下f'是否等于f,小老儿不好认定，这得由赵罗两位老师来回答。不过，无论对此问题如何回答，麻烦出现了: 此时大力士和瘦子的拔河比赛，是否就不能分出胜负, 再进一步，如图1,2b。直接让大力士和瘦子双方的手互拉，脚在水平冰道上互蹬。此时绳子和脚下的板都没有了，依据上面引用的赵罗两位教授认定的绝对真理“两人直接手拉手地比赛，他们彼此之间施与的力是一对作用力和反作用力，按照牛顿第三定律，必然大小相等，方向相反”，那么存在于他们双方双手间的拉力更应都为f，双脚间的蹬力更应都为f'。又由于此时他们都在冰面上，静摩擦力不存在，此时他们双方就更不能分出胜负,不管他们俩人如何使劲、用力，都是如此, (a) 两人站在坚实的轻质板‎‎上拔河 (b) 在冰面上互蹬着拔河 图1,1 改变拔河比赛的地面条件后，比赛就没有胜负, 恐怕只有白痴和现行经典力学的忠实信徒才会相信，在图1,1所示的两种情况下，大力士就不能战胜瘦子。故赵罗两位老师所作的关于大力士与瘦子拔河比赛胜负的动力学解释，就可以和圣经中的驴子会说人话相媲美。 2 拔河比赛胜负的合理解释 就是在现行经典力学的框框内但采用同是北大的蔡伯濂老师的观点(见下一节)，也应该如图1,2、3(以图1,1b为例)所示的那样来解释拔河比赛的胜负: 人在拔河比赛中使劲、用力时，身体总是从预备时的弯曲状态奋力挺直。此时整 2 个人体和一根被压缩了的弹簧在撤去外力后的情况类同。而大力士之所以是大力士，瘦子之所以为瘦子，就在于他们双方同时由肌肉产生、可近似地看成分别作用于他们脚跟与肩胛处的成对非保守、力FF，f、f2应当如图1,2所示，在大小上有: 121 F,F,,f,f。 1212 F、f2的竖直分量和两人的重力，为来自冰面的2 支持力(也即约束力。赵罗两位的《新概念物理 教程?力学》非常好地提到了这一概念。这是其 但它们的水平它类似的专著所没有的)N所平衡， 图1,2 比赛开始时的受力情况 分量的合力指向瘦子。故一旦他们开始使劲，他 们的脚会向瘦子一方如图1,3b所示的那样以加速度a1滑动。 另一方面，F、f1的作用点即他们两人的肩胛都处在半自由状态:因他们双手互拉1 使得他们任何一个人的肩胛都不能完全自由运动，但又并非完全不能运动。故由于F1,,f，F1的水平分量,,f1的水平分量，两人的肩胛、上身在上升的同时，还会如1 图1,3b所示的那样向大力士所在的方向作加速移动，在某一瞬间的加速度为不同于上述a1的a2。但不管他们如何运动，两人的共公质心不会移动分毫。 由于没有摩擦力，更由于他俩的双脚与上身的运动方向相反，两人最终都会跌倒。但两人跌倒的方式与原因是不一样的:大力士因站不稳而后仰跌倒，瘦子则是被大力士拉倒。如果大力士的力 P 气确实比瘦子的力气大得非常 多，并且他一开始就用出了吃 那么当他仰面朝天跌奶的劲， 倒时，说不定瘦子会被他甩过(a) 双方未使劲时处在静止‎‎状态 头顶落在远离他头部的某个地 a2方。此后，两人将如图1,3c 所示，各自质心分别以v1和 a 1v2作反方向的匀速直‎‎线运动， 并越来越远。没有问题:如果 (b) 双方开始使劲后两人上‎‎身右移，脚左移 大力士和瘦子的质量分别为m 和m，那么还必定会有: 12v 2v 1我赢了～ mvvm 11，22,0。哎呀好痛啊～ 并且他们的公共质心始终都在 PP'线上。 P' 亲爱的读者与敬爱的批评(c) 一种较极端的结果 者，您认为这种解释是否比赵图1,3 在冰面上拔河比赛的开‎‎始与结束 罗老师的解释更合理些, 3 蔡伯濂等老师对类同现象从功能关系出发的解释及不足 必须指出:我国北大的蔡伯濂老师在1982年出版的《大学物理力学教学研究》中，对人站在地面上原地上跳、人的走路，从功能关系上作过很中肯的分析，并且有可能是国内第一个对此类现象作出正确解释的。小老儿大约在1985年左右首次看到他的这部专著，当即异常兴奋。因为他是北大的，肯定是个专家，而小老儿当时还是个连讲师都没有评上的三流院校的教师。而他的看法，也正是小老儿当时已获得的看法，只是走得比他更远些——早在1978年，小老儿就已证否了神圣的牛顿第三定律。接着的探索使小老儿建立了全新的力概念体系的初步框架。但不管如何说，当时发现蔡伯濂老师的如下叙述时，小老儿是把他看作同道的(第12页、第18,19页): 3 ……站在地面上的人弯腿原地上跳～上跳过程中～地面对人的作用力由于力所作用的质点没有位移～地面作用力不作功～人上跳所增加的机械能是人体内部肌肉伸张和收缩作功,有点类似于一端靠地的压缩弹簧撒手后弹簧内部弹性力作功～所不同的是～弹性力是保守力～肌肉作用力是非保守力,～成对成对的肌肉作用力所作的正功～用以量度有多少生物化学能转化为机械能。 在分析人走路时～认为地面静摩擦力不作功这种意见是正确的。……地面静摩擦力作用在人的脚上～脚没有提起也就没有位移～脚一旦提起～摩擦力就消失～因此静摩擦力对脚不作功。地面支持力对脚也不作功。根据物体系机械能定理……人走动时所获得的机械能增加是由于成对内部非保守力作功的结果。而成对内部非保守力作功正是人体内部生物化学能转化为机械能的量度。至于人走动时必须依靠地面的静摩擦力，这仅仅是说地面的静摩擦力为人的走动提供了条件～静摩擦力是否作功只能根据功的定义来确定。 被小老儿加粗、加黑了的“人走动时必须依靠地面的静摩擦力，这仅仅是说地面的静摩擦力为人的走动提供了条件”已非常接近于毛老人家在《矛盾论》中阐述的“外因是变化的条件，内因是变化的根据”的著名论断，他在事实上也把人的走路等现象产生的主要原因，归结为了人体的内力。但是，他又没有明确地说到这一点，只是从功能关 涉及力与物体运动状态的变化，涉及冲量与动系上对这两种现象提出了合理的看法。 量，囿于神圣的牛顿第一定律，他还是不敢超越——小老儿在读到上述话后曾立即去信向他请教，他是回了信的。但当小老儿再次去信，以及若干年后又去信，商讨更深层次的问题时，他就都不愿意再回信了～ 在蔡伯濂老师的《大学物理力学教学研究》之后，又有一些专家学者的专著从功能关系正确地解释了此类现象。如同是北大的朱照宣等老师的《理论力学》，佟盛勋等编著的《普通物理专题研究》等。但无一例外地在涉及力与物体运动状态的变化、冲量与动量时停下脚步。对此，小老儿除了叹息，实在没有什么好说的～因为牛顿太伟大了啊～～更何况牛顿《原理》的第一定律的惯性概念，还在深受宗教裁判所惩罚的伽利略那儿就已有了,几乎是前后相继出世的哥白尼、伽利略、牛顿，是近代科学的开创者;运用他们建立的理论，人类不但预言了哈雷彗星的返回，海皇星、冥王星等的存在，现在更可以把人送上月球，真正实现过去只存在于幻想中的嫦娥奔月，等等，等等。因此，它们怎么可能会错, 还应该补充的是，从功能关系上正确解释人走路等运动，首创似乎还不是国人(蔡伯濂老师应该对此心中有数)。因为美国F?W?Sears等著的《大学物理学》第一册，人民教育出版社在1979年就出了中文版(小老儿是迟至1988年左右，在邻居的提示下才注意到这本书中的相关内容的)，其中就有对类似现象的正确的功能解释。而这一中文版又是根据他们在1976年出版的第五版英文版译出的。就是不考虑他们的解释是从哪一版开始的，仅依据这几个数据，也可以判断出:此功能解释的首创权更可能是F?W?Sears等。至于迟至1990才出版的佟盛勋等编著的《普通物理专题研究》的相关内容，几乎直接抄自该书(用图几乎全同)。这就更令人心寒了～当然，这比起现在有些大学教授如赵凯华、罗蔚茵等至今还认定一切都是由静摩擦力造成，蔡伯濂老师的《大学物理力学教学研究》，朱照宣等老师的《理论力学》，佟盛勋等编著的《普通物理专题研究》等，毕竟已跟着洋人的脚步前进了一步，而且还没有把此类现象看作“稀奇”的怪事(F?W?Sears等著的《大学物理学》第一册中的用词)～ 4 4 题外话:几点启发 下列三点，供有头脑的亲爱的读者与敬爱的批评者思考: 1)本文第一节引用了赵凯华、罗蔚茵老师所说的话: 两人直接手拉手地比赛～他们彼此之间施与的力是一对作用力和反作用力～按照牛顿第三定律～必然大小相等～方向相反。 从上面的分析可以看出:他们的这一看法肯定不成立。进而，牛顿第三定律在此类现象上不成立，也应该能够感觉到。对此，望亲爱的读者与敬爱的批评者细察。 2)从小老儿给出的关于拔河比赛正确的解释中，还应该能够进一步猜想到:现行经典力学只注重外力，忽视内力的做法，也即极端的外因论倾向，是肯定大成问题的。 3)据上一点进一步推论，牛顿《原理》的第一定律也应该是不成立的。 5