娱乐的意义连载.doc

科学和文化论坛 娱乐的意义（连载7） 陈青华1 姜水根1,2 杨榕楠1 （1．宁波市效实中学，浙江 宁波 315012 2．宁波华茂外国语学校，浙江 宁波 315192 ） 娱乐，是人类生活不可缺少的组成部分，它填补了闲暇时间，缓解了生活压力，影响了人们的审美情趣、行为方式乃至思维习惯．我们每个人，从儿童时代到长大成人以至花甲之年，可能玩过各种玩具，参加过多种游戏．在这些玩具和游戏里，既有观赏性、休闲式的消遣，也有动感的、体验性的尝试，还有智力或体力上对抗性的“博”，甚至加上钱物作为激励的“赌”．玩具的种类和游戏的方法千种万态、层出不穷，本文仅从中学物理教师的角度，从物理原理和文化影响的视角来谈娱乐的意义． 1 娱乐内容的变迁 物理科学的建立是从力学开始的，阿基米德最早为静力学奠定了科学的基础．与科学的发展相似，人们的娱乐也从力学开始． 幼小的孩子玩积木，积木也许是孩子们最早接触的、具有科学意义的玩具．积木有正方形、长方形、三角形、圆柱形等多种形状，都漆着鲜艳的颜色．根据图纸提示的样式，用积木可以搭出房子、桌子、桥、宝塔等各种造型． 学生接触物理就是从物体的平衡开始的．在讨论物体的平衡时，首先遇到的是二力平衡，如静止在水平桌面上的木块，悬挂着的电灯等．如果考虑到物体的形状和质量分布，那么物体的平衡要更复杂些，即物体重心必须在其支撑面之内．倾斜的积木一旦重心处于支撑面之外就会翻倒．小孩子玩搭积木，有时重心超出了支撑面，有时斜面的静摩擦力太小，结果积木就翻倒或滑落了．然而小孩子并不在乎这些，对他们来说就是玩，倒了可以再搭，搭了后来再倒．会玩的孩子总是开心的，玩乐的经历对学科学总是有益的，在玩的过程中不知不觉就积累了经验．积木搭好了，那是平衡控制得好；积木搭倒了，倒了也有倒了的道理．小孩子搭积木，不仅是增强动手能力，更是在实践中体验活生生的物理．多少年以后，当他们学习物体的平衡的时候，当他们了解平衡的稳定性的时候，当他们掌握了静摩擦力和自锁原理的时候，他们还会再想起小时候玩的积木． 不倒翁也是小孩很早就接触的玩具．不倒翁为什么不会倒呢？这就涉及到平衡的稳定性．下面是一个关于不倒翁的物理题目：如图1所示，儿童玩具不倒翁高h＝21cm，质量关于轴KD对称分布．不倒翁的下部是半径R＝6cm的半球面，在对称轴的底部有一个小铁块，不倒翁的质量为m=300g，重心在对称轴上离底部3cm处．问不倒翁为什么不会翻倒？如要使它在水平面上失去稳定平衡，试问最少需在头顶K加，得，即三个速度矢量可以构成一个三角形，又因为碰撞前后动能无损失，即，所以由、与三个矢量构成的三角形为直角三角形，证得与互相垂直．所以打弹子时弹子分开的角度都是直角．有的孩子打弹子的技术非常高，可以毫无偏倚地击中对方的弹子，打出了定心弹，这就是质量相等的两个弹性球在对心碰撞之后交换速度．我们物理教师往往觉得会玩的孩子聪明，实际上是这些孩子在玩的过程中有一种对物理现象的观察和实际经验的积累． 再大些的孩子就要玩滚铁环了．滚铁环需要一定的技术，但很快可以掌握．滚铁环时铁环为什么不会倒下呢？这里的奥妙在于转动的物体具有定轴性．像这样的利用了转动物体的定轴性的玩具还有许多，如“打煞胚”［注1］、“棱角锥”等． 现代的游乐场所还推出了一些新的玩法．很多人都喜欢坐过山车．一列长长的旅游车，满载着欢乐的大人和儿童，从高高的轨道上开下来，进入一个竖直的圆形轨道，来一个大回环旋转，其惊险和刺激使得满车的人发出一片惊叫声．有人会认为这项娱乐太危险，不敢玩，学过向心力和机械能守恒的孩子会解释说：在高于2.5倍圆轨道半径的高度下来是不危险的（不考虑阻力的影响）．这个解释并不正确，因为在这里过山车并不能当质点来处理．高中物理中有一道竞赛题就涉及这一问题：如图2所示，玩具列车由许多节车厢组成，它以某初速度沿水平轨道行驶并进入一竖直轨道．设列车的全长l，轨道半径为R，R远大于每节车厢的长度，且l＞2πR．试求列车不致脱离轨道应具有的最小初速度．在孩子们的眼中，如同的彩蝶、翩翩来的仙子，．需跑道直接从地面升起的？陀螺仪的万向支架设计是十分巧妙的，它由内环架和外环架构成．有了万向支架，无论有多大风浪，船体怎样摆动，也无论在怎样复杂的气流中，飞机如何颠簸，1987年，在陕西省扶风县法门寺塔基地宫内出土的大批金银器中，有两镂空银薰球两枚银薰球的和近代陀螺仪中的万向支架相似银薰球内部铆接两个持平环和一个香盂持平环为两个同心金属圈，直径大小相套，香盂小于内持平环外环与内环、内环与香盂之间成直角相互铆接支承，内持平环能避免香盂前后方向倾斜；外持平环则能防止香盂（包括内持平环）左右倾斜无论薰球置于被中或系于袖中怎么转动，盂内的香料都不会撒出<<九连环为例，它主要由九个圆环及框架组成每一个圆环上都连