能推人前進(jìn)的靜摩擦力與會(huì)說(shuō)人話的驢風(fēng)馬牛正相及

1、誰(shuí)能證明本文基本觀點(diǎn)不成立即可獲得RMB叁仟元整對(duì)作用力和反作用力，按照牛頓第三定律，必然大小相等，方向相反。然而平常更多的情況是通過一根繩子來(lái)拔河的。與人體相比繩子的質(zhì)量往往可以忽略，從而按照上文的分析，繩子兩端所受的力也總應(yīng)大小相等，方向相反。50kg50kg圖2-21與大力士拔河能推人前進(jìn)的靜摩擦力與會(huì)說(shuō)人話的驢，風(fēng)馬牛正相及作為介紹現(xiàn)行經(jīng)典力學(xué)知識(shí)的大學(xué)物理學(xué)教材，北京大學(xué)趙凱華老師與中山大學(xué)羅蔚茵老師合編、1995年初版的新概念物理教程力學(xué)是近年來(lái)（限于2003年之前。此后小老兒已很少關(guān)心新的力學(xué)專著了）我國(guó)出版的同類教材中較好的一本。不但內(nèi)容詳實(shí)，而且文字與插圖都很活潑，有點(diǎn)費(fèi)曼物

2、理學(xué)講義及伯克理物理學(xué)教程的味道，可讀性較強(qiáng)。但版面排得太擠，給可讀性添了負(fù)值。重要的是：正是在這本在內(nèi)容上相當(dāng)不錯(cuò)、發(fā)行量更不會(huì)錯(cuò)的教材中，有其它同類書籍都不談的有關(guān)拔河比賽勝負(fù)的動(dòng)力學(xué)解釋，而它又錯(cuò)得十分離譜。并且，他倆似乎對(duì)此毫無(wú)感覺；每年從全國(guó)高考中選出、進(jìn)入北大的頂尖高中畢業(yè)生似乎也是如此。其它院校，特別是羅蔚茵老師所在的中山大學(xué)（這也是所挺不錯(cuò)的大學(xué)）的物理教師與學(xué)生自然更不用說(shuō)一一在小老兒目及的范圍內(nèi)，未曾見到對(duì)它的一點(diǎn)點(diǎn)批評(píng)。因此，小老兒把它作為我國(guó)現(xiàn)在眾多大學(xué)師生面對(duì)近代西方科學(xué)時(shí)共具的宗教徒心態(tài)的第一例。1用靜摩擦力的不同大小解釋拔河比賽的勝負(fù)，堪比驢子說(shuō)人話在該書中，這部

3、分內(nèi)容是在介紹自然界中常見的幾種力，且是在介紹了重力、彈性力之后說(shuō)及的一一在用并否全無(wú)道理的隔離體法證明了“當(dāng)繩子的質(zhì)量可以忽略時(shí)，繩子上各點(diǎn)的張力相等，這張力等于繩子兩端所受的外力f,從而繩子兩端所受的外力必定大小相等，方向相反”以后開始敘述，但又沒有介紹完，直等到介紹完摩擦力，才又繼續(xù)并完成敘述。又，該書中敘述這部分內(nèi)容的文字的字體和字號(hào)都不一樣。因?yàn)橹粸槿鐚?shí)錄其內(nèi)容，下面就只摘錄相關(guān)部分并使用統(tǒng)一的字體字號(hào)（該書67頁(yè)72頁(yè)。圖號(hào)是原有的）：拔河的游戲是大家熟悉的。兩人直接手拉手地比賽，他們彼此之間施與的力是且慢！說(shuō)到這里也許有不同的意見。請(qǐng)聽甲：“像圖2-21a中那個(gè)瘦弱的男子和那個(gè)粗

4、壯的大力士拔河，繩子兩端受到的力能一樣大嗎？”乙：“大力士再?gòu)?qiáng)壯，比不過一堵墻。若像圖221b中那樣，把繩子的一端固定在墻上，讓那個(gè)瘦人去拉另一端，繩子兩端的張力不是也一樣大嗎？”甲：“那是因?yàn)閴κ撬赖?，它給出的反作用力是被動(dòng)的。而大力士在主動(dòng)地用力氣，他可以施出比瘦人大得多的力。繩子在墻上那端的張力只是瘦子一個(gè)人的力，兩人拔河時(shí)繩子中點(diǎn)的張力等于兩人用力之和?！币遥骸翱墒悄憧?，在兩種情況下系在繩子中間彈簧秤的讀數(shù)卻是一樣的呀！”現(xiàn)在我們可以來(lái)裁決某甲和某乙圍繞那場(chǎng)拔河比賽的爭(zhēng)論了，勝負(fù)的關(guān)鍵在于腳下的摩擦力。如果兩人腳下摩擦系數(shù)一樣，大力士可能得到的最大靜摩擦力f2比瘦子的fi大（圖226a

5、）。盡管兩人拉繩子兩端的力f總是大小相等，方向相反，當(dāng)f2f圖226勝負(fù)的關(guān)鍵在于摩擦力圖226勝負(fù)的關(guān)鍵在于摩擦力fi時(shí)，大力士就能把瘦子拉過去。若讓大力士站在光滑的冰上，而瘦子站在粗糙的土地上，大力士有再大的力氣也贏不了。所以，某甲錯(cuò)了，某乙是對(duì)的。趙、羅兩位老師認(rèn)為大力士獲勝的關(guān)鍵是地面施與大力士腳上的靜摩擦力f2地面施與瘦子腳上的靜摩擦力fi。但是，非常可惜，這一解釋肯定不成立。因?yàn)榧热豢梢约俣ɡK子的質(zhì)量可以忽略時(shí)他們雙方拉繩子的力相等，那么只要條件稍作變化，就也可以認(rèn)定這兩個(gè)摩擦力的大小相等甚而把它的作用完全排除掉一一如圖11a。設(shè)大力士和瘦子都站在一塊堅(jiān)而輕的板上，該板子的質(zhì)量小得

6、和那根繩子一樣也可忽略不計(jì)。他們兩人與該板子間的摩擦系數(shù)足夠大，而板子和地面間的摩擦系數(shù)為0。在這樣的假定條件下，存在于他們雙方腳與板子間的靜摩擦力f，自然應(yīng)該和他們雙方拉繩子的力f一樣是相等的。至于在此情況下f是否等于f?小老兒不好認(rèn)定，這得由趙羅兩位老師來(lái)回答。不過，無(wú)論對(duì)此問題如何回答，麻煩出現(xiàn)了：此時(shí)大力士和瘦子的拔河比賽，是否就不能分出勝負(fù)？再進(jìn)一步，如圖12b。直接讓大力士和瘦子雙方的手互拉，腳在水平冰道上互蹬。此時(shí)繩子和腳下的板都沒有了，依據(jù)上面引用的趙羅兩位教授認(rèn)定的絕對(duì)真理“兩人直接手拉手地比賽，他們彼此之間施與的力是一對(duì)作用力和反作用力，按照牛頓第三文檔來(lái)源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整

7、理.word版本可編輯歡迎下載支持定律，必然大小相等，方向相反”，那么存在于他們雙方雙手間的拉力更應(yīng)都為f,雙腳間的蹬力更應(yīng)都為f。又由于此時(shí)他們都在冰面上，靜摩擦力不存在，此時(shí)他們雙方(a)兩人站在堅(jiān)實(shí)的輕質(zhì)板上拔河就更不能分出勝負(fù)？不管他們倆人如何使勁、用力，都是如此？(b)在冰面上互蹬著拔河圖11改變拔河比賽的地面條件后，比賽就沒有勝負(fù)？|恐怕只有白癡和現(xiàn)行經(jīng)典力學(xué)的忠實(shí)信徒才會(huì)相信，在圖11所示的兩種情況下,大力士就不能戰(zhàn)勝瘦子。故趙羅兩位老師所作的關(guān)于大力士與瘦子拔河比賽勝負(fù)的動(dòng)力學(xué)解釋，就可以和圣經(jīng)中的驢子會(huì)說(shuō)人話相媲美。2拔河比賽勝負(fù)的合理解釋就是在現(xiàn)行經(jīng)典力學(xué)的框框內(nèi)但采用同是

8、北大的蔡伯濂老師的觀點(diǎn)(見下一節(jié))也應(yīng)該如圖12、3(以圖11b為例)所示的那樣來(lái)解釋拔河比賽的勝負(fù)：人在拔河比賽中使勁、用力時(shí)，身體總是從預(yù)備時(shí)的彎曲狀態(tài)奮力挺直。此時(shí)整個(gè)人體和一根被壓縮了的彈簧在撤去外力后的情況類同。而大力士之所以是大力士，腳跟與肩胛處的成對(duì)非保守力腳跟與肩胛處的成對(duì)非保守力F1F2，f1、f2應(yīng)當(dāng)如圖12所示，在大小上有:圖12比賽開始時(shí)的受力情況瘦子之所以為瘦子，就在于他們雙方同時(shí)由肌肉產(chǎn)生、可近似地看成分別作用于他們F1=F2f1=f2。F2、f2的豎直分量和兩人的重力，為來(lái)自冰面的支持力(也即約束力。趙羅兩位的新概念物理教程力學(xué)非常好地提到了這一概念。這是其它類似

9、的專著所沒有的)N所平衡，但它們的水平分量的合力指向瘦子。故一旦他們開始使勁，他們的腳會(huì)向瘦子一方如圖13b所示的那樣以加速度a1滑動(dòng)。另一方面，F(xiàn)1、山的作用點(diǎn)即他們兩人的肩胛都處在半自由狀態(tài)：因他們雙手互拉使得他們?nèi)魏我粋€(gè)人的肩胛都不能完全自由運(yùn)動(dòng)，但又并非完全不能運(yùn)動(dòng)。故由于F1f1，F(xiàn)1的水平分量f1的水平分量，兩人的肩胛、上身在上升的同時(shí)，還會(huì)如圖13b所示的那樣向大力士所在的方向作加速移動(dòng)，在某一瞬間的加速度為不同于上述a1的a2。但不管他們?nèi)绾芜\(yùn)動(dòng)，兩人的共公質(zhì)心不會(huì)移動(dòng)分毫。(a)雙方未使勁時(shí)處在靜止?fàn)顟B(tài)(b)雙方開始使勁后兩人上身右移，腳左移P(c)一種較極端的結(jié)果圖13在冰

10、面上拔河比賽的開始與結(jié)束由于沒有摩擦力，更由于他倆的雙腳與上身的運(yùn)動(dòng)方向相反，兩人最終都會(huì)跌倒。但兩人跌倒的方式與原因是不一樣的：大力士因站不穩(wěn)而后仰跌倒，瘦子則是被大力士拉倒。如果大力士的力氣確實(shí)比瘦子的力氣大得非常多，并且他一開始就用出了吃奶的勁，那么當(dāng)他仰面朝天跌倒時(shí)，說(shuō)不定瘦子會(huì)被他甩過頭頂落在遠(yuǎn)離他頭部的某個(gè)地方。此后，兩人將如圖13c所示，各自質(zhì)心分別以V1和V2作反方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，并越來(lái)越遠(yuǎn)。沒有問題：如果大力士和瘦并且他們的公共質(zhì)心始終都在PP線上。子的質(zhì)量分別為mi和m2,那么還必定會(huì)有：mivi+m2V2=0。親愛的讀者與敬愛的批評(píng)者，您認(rèn)為這種解釋是否比趙羅老師的解釋

11、更合理些？3蔡伯濂等老師對(duì)類同現(xiàn)象從功能關(guān)系出發(fā)的解釋及不足必須指出：我國(guó)北大的蔡伯濂老師在1982年出版的大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)研究中，對(duì)人站在地面上原地上跳、人的走路，從功能關(guān)系上作過很中肯的分析，并且有可能是國(guó)內(nèi)第一個(gè)對(duì)此類現(xiàn)象作出正確解釋的。小老兒大約在1985年左右首次看到他的這部專著，當(dāng)即異常興奮。因?yàn)樗潜贝蟮?，肯定是個(gè)專家，而小老兒當(dāng)時(shí)還是個(gè)連講師都沒有評(píng)上的三流院校的教師。而他的看法，也正是小老兒當(dāng)時(shí)已獲得的看法，只是走得比他更遠(yuǎn)些早在1978年，小老兒就已證否了神圣的牛頓第三定律。接著的探索使小老兒建立了全新的力概念體系的初步框架。但不管如何說(shuō)，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)蔡伯濂老師的如下敘述時(shí)，小

12、老兒是把他看作同道的（第12頁(yè)、第1819頁(yè)）：站在地面上的人彎腿原地上跳，上跳過程中，地面對(duì)人的作用力由于力所作用的質(zhì)點(diǎn)沒有位移，地面作用力不作功，人上跳所增加的機(jī)械能是人體內(nèi)部肌肉伸張和收縮作功（有點(diǎn)類似于一端靠地的壓縮彈簧撒手后彈簧內(nèi)部彈性力作功，所不同的是，彈性力是保守力，肌肉作用力是非保守力），成對(duì)成對(duì)的肌肉作用力所作的正功，用以量度有多少生物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在分析人走路時(shí)，認(rèn)為地面靜摩擦力不作功這種意見是正確的。地面靜摩擦力作用在人的腳上，腳沒有提起也就沒有位移，腳一旦提起，摩擦力就消失，因此靜摩擦力對(duì)腳不作功。地面支持力對(duì)腳也不作功。根據(jù)物體系機(jī)械能定理人走動(dòng)時(shí)所獲得的機(jī)械能

13、增加是由于成對(duì)內(nèi)部非保守力作功的結(jié)果。而成對(duì)內(nèi)部非保守力作功正是人體內(nèi)部生物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的量度。至于人走動(dòng)時(shí)必須依靠地面的靜摩擦力，這僅僅是說(shuō)地面的靜摩擦力為人的走動(dòng)提供了條件，靜摩擦力是否作功只能根據(jù)功的定義來(lái)確定。被小老兒加粗、加黑了的“人走動(dòng)時(shí)必須依靠地面的靜摩擦力，這僅僅是說(shuō)地面的靜摩擦力為人的走動(dòng)提供了條件”已非常接近于毛老人家在矛盾論中闡述的“外因是變化的條件，內(nèi)因是變化的根據(jù)”的著名論斷，他在事實(shí)上也把人的走路等現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，歸結(jié)為了人體的內(nèi)力。但是，他又沒有明確地說(shuō)到這一點(diǎn)，只是從功文檔來(lái)源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持能關(guān)系上對(duì)這兩種現(xiàn)象提出

14、了合理的看法。涉及力與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，涉及沖量與動(dòng)量，囿于神圣的牛頓第一定律，他還是不敢超越小老兒在讀到上述話后曾立即去信向他請(qǐng)教，他是回了信的。但當(dāng)小老兒再次去信，以及若干年后又去信，商討更深層次的問題時(shí)，他就都不愿意再回信了！在蔡伯濂老師的大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)研究之后，又有一些專家學(xué)者的專著從功能關(guān)系正確地解釋了此類現(xiàn)象。如同是北大的朱照宣等老師的理論力學(xué)，佟盛勛等編著的普通物理專題研究等。但無(wú)一例外地在涉及力與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化、沖量與動(dòng)量時(shí)停下腳步。對(duì)此，小老兒除了嘆息，實(shí)在沒有什么好說(shuō)的！因?yàn)榕ｎD太偉大了啊！更何況牛頓原理的第一定律的慣性概念，還在深受宗教裁判所懲罰的伽利略那兒就已有

15、了？幾乎是前后相繼出世的哥白尼、伽利略、牛頓，是近代科學(xué)的開創(chuàng)者；運(yùn)用他們建立的理論，人類不但預(yù)言了哈雷彗星的返回，海皇星、冥王星等的存在，現(xiàn)在更可以把人送上月球，真正實(shí)現(xiàn)過去只存在于幻想中的嫦娥奔月，等等，等等。因此，它們?cè)趺纯赡軙?huì)錯(cuò)？還應(yīng)該補(bǔ)充的是，從功能關(guān)系上正確解釋人走路等運(yùn)動(dòng)，首創(chuàng)似乎還不是國(guó)人（蔡伯濂老師應(yīng)該對(duì)此心中有數(shù)）。因?yàn)槊绹?guó)FWSears等著的大學(xué)物理學(xué)第一冊(cè)，人民教育出版社在1979年就出了中文版（小老兒是遲至1988年左右，在鄰居的提示下才注意到這本書中的相關(guān)內(nèi)容的），其中就有對(duì)類似現(xiàn)象的正確的功能解釋。而這一中文版又是根據(jù)他們?cè)?976年出版的第五版英文版譯出的。就是不考慮他們的解釋是從哪一版開始的，僅依據(jù)這幾個(gè)數(shù)據(jù)，也可以判斷出：此功能解釋的首創(chuàng)權(quán)更可能是FWSears等。至于遲至1990才出版的佟盛勛等編著的普通物理專題研究的相關(guān)內(nèi)容，幾乎直接抄自該書（用圖幾乎全同）。這就更令人心寒了！當(dāng)然，這比起現(xiàn)在有些大學(xué)教授如趙凱華、羅蔚茵等至今還認(rèn)定一切都是由靜摩擦力造成，蔡伯濂老師的大學(xué)物理力學(xué)教學(xué)研究，朱照宣等老師的理論力學(xué)，佟盛勛等編著的普通物理專題研究等，畢竟已跟著洋人的腳步前進(jìn)了一步，而且還沒有把此類現(xiàn)象看作“稀奇”的怪事（FWSears等著的大學(xué)物理學(xué)第一冊(cè)中的用詞）！4題外話：幾點(diǎn)啟發(fā)下列三點(diǎn)，供有頭腦的親愛的讀者與敬愛的批評(píng)者思考：1