怎样培养孩子的物理直觉——尝试一下这个问题

发布于 2021-09-25 06:42

话说昨天晚上都23点多了，我实在已经困得不行了，楠楠的爸爸神经粗大，认为他精力无限，我也是可以晚上不睡觉的。于是给我发来这么一个图：

我一看，迷迷糊糊的，心想，这半夜的还美女吗？

然后，又听见微信在响，看见他又给发来一个条件，才知道人家是在研究物理问题，真是以己之心度人之腹呀，真不应该，嗯，真不应该，咳咳咳：

同样的杯子和自来水（液面高度一样），乒乓球和铁球体积一样。不计算乒乓球自身重量和线的重量和体积。

这个天平会偏向哪一侧？

我的这个心呀，真是服了，他这么热爱学习吗，学习物理学学到深夜了？

我看了一眼，直觉告诉我：铁球这边沉。

楠爸：为啥呀，我觉得一样呢。

我：因为受力分析你糊涂。

楠爸：铁球被外面已经吊起的呢。

我：这个问题，莫着急马上得到答案，睡不着想一想蛮不错。我要去睡觉了。

楠爸：越想越睡不着。

我：友情提示一下：可以动态的考虑一下这个问题。蛮有意思的。

楠爸：浮力也一样。

……

经过了一天了，不知道楠爸有没有想明白这个问题，我也问了其他的人，得到的回答却又有了不同，楠爸认为这两边是一样的，其他人呢，当然就是还有两种选择了，第一：铁球那边沉；第二乒乓球那边沉。

楠爸的理由是：两边的物体受到的浮力一样，所以，两边的天平还是保持平衡。

其他的两种理由：1:乒乓球受到了一个向上的浮力，带动了杯子向上，所以，变轻了，所以，铁球那边沉下去了；2:乒乓球那边沉下去了，因为铁球被上面吊着呢，根本没有压到天平。而乒乓球至少还在水里浸着呢。

不知道看这篇文章的你，会得出什么样的结论呢。

无论得到什么样子的结论，这里有一个非常关键的问题，那就是关于物理直觉的问题。

总是听说什么数学直觉，因为不少人认为数学是一个抽像的学问，不容易建立起直觉来。不过物理直觉根本不需要建立它就有了，比如，火烧到痛、针扎着疼、夏天热、冬天冷……，这些都是不需要多加考虑，这不就是直觉吗，是的，这些是很简单的物理直觉。

不过，为什么像这样的题，像楠爸这样的高级白领，受过高等教育，而且还是学的是理工科，却还是不能够得到正确的答案呢？

就是得到了正确的答案，却无法说出正确的理由来呢。这就是因为，简单的物理直觉可以通过体验建立起来，不过，要是稍微复杂一点的问题，需要综合考虑的时候，就分析不清晰了。特别像这个问题一样，要是去做实验，其实也是容易得到答案的，不过，人家却只是给你这么一个图。就要让你给出答案，这就有一些为难人了。要是在大街上被人拿着个话筒，再对着一个摄像机，嗯嗯，可能就更不容易一下子回答出来了。

这样，我就用这个例子来举一下例子，看怎么样的思考法，才算是物理直觉用在这个问题上面了。

先看，乒乓球这边，人家都已经告诉了，不计乒乓球的质量和线的质量了，那么好吧，咱们这样的思考：单独来量乒乓球这边，假设我们用的是一个电子称，先把这些水装杯子里，再把乒乓球和线丢进去，因为这两者没有质量，电子称应该显示的是，杯子加水的质量（称出来是重量）。

然后，我们把水倒出来，把线用没有质量的胶水粘在杯底，再把乒乓球粘在线的另一端，线要短一些，保证水倒进去的时候，球不能够露出来。那么在没有倒水之前，由于球、线、胶水没有质量，所以，电子称称出来的就只有杯子的质量了。这时，我们向杯子里倒入那些水，一开始，乒乓球是浮在水面的，那么，电子称，称出来的就是杯子的质量加上水的质量。

接着，问题就来了，当水面高于线的高度的时候，乒乓球就有一部分在水里了，这个时候，它就会受到水向上的一个浮力，而这个浮力会拉着杯子向上。嘿嘿，是不是感觉有一些妙呀。我其实和得出这个结论的人讲呀，这就好比，自己要拉着自己的头发把自己提起来一样，看着好像也不是不可以，现实却是不可以。也许你会讲，明明别人提着你的头发，能够把你提起来呀，为啥自己提自己就不成了呢？

原因就是因为，乒乓球是把杯子向上提，但是，杯子呢，它同样在把乒乓球向下拉，这是一对平衡力。这一对力不表现在对电子称的称量上面。

这就好比一个胖子，他在称体重的时候吧，用手向上可劲儿提自己的头发，嘿嘿，无论你是不是胖子，你也可以用自己家的电子称试一下，要是电子称不太灵，就劲儿加大一些。嘿嘿，要是头发不长，就提自己的耳朵也是可以的。

同时，要是让旁边的人帮助一下，来提自己的头发，或者耳朵一定会取得你想要的结果的。

不知道，我讲明白没有呢。也就是，当把水倒进去的时候，虽然水中间空了一块，却不会影响电子称称出来的质量。

也许有抬杠的（其实也不算抬杠了，氢气球就是这个原理）说，不对呀，它的整体体积变大了，考虑空气浮力的话……，是的它变轻了。但是，我还真没有的见到过这么灵敏的称，我相信，你也同样不容易见到的，所以，就不用考虑这个因素吧。

再来考虑一个好玩的想法，这个时候，你把装有乒乓球和水的杯子放进冰箱里，把它们都冻成冰，拿出来的时候，你就可以把冰和球整个儿取出来，然后，把杯子和它一起称，是不是就能够理解，杯子质量没有变，而冰中间有一个没有质量的乒乓球，也不会改变它的质量吧。

嗯嗯，这下子，有没有想明白，其实把乒乓球无论用线系在水中间，还是漂在水面，只要它没有质量，其实它都不影响水加杯子的质量的呢。

在想明白这边之后，我们来考虑另一边好吧。

铁球这边呢，我们用另一种方式来思考它。那就是，我可以把铁球做成空心的，让它的密度刚好与水的密度一样。这要是真正的做起来，还真不容易，不过好在，我们是用思想来做这个实验的，所以，就很简单咯。

好吧，我们先不要放入铁球。而是先称水和杯子的质量，当然它一开始是和另一边的一样的。这个时候呢，我们把铁球放入水里，认真想哦，由于它的密度是和水一样的，那么它进入水里之后，它所受到的浮力就与它所受到的重力是一样的，这个时候，索在它上面的绳子，当然就没有拉力了。要是这一点想不明白，就当看了个笑话吧，的确有看不明白这段文字的人。

看到这里，你就会突然发现，其实铁球这边相当于加了一个铁球体积大小的水的质量。有明白这样理解的方式吗？

这个时候，你再用你的大脑增加铁球的密度，无非就只是增加了它的重力，这多出来的重力，就变成了绳子的拉力。楠爸就在这里出现了问题，他认为铁球被吊住的，对水没有什么作用呀。

嗯写得有一些长了，不过呢，对于把一个事情讲明白来讲，这可能还是不够的，因为，从来不这样考虑问题的人来讲，也许越讲越糊涂。不对，你要是能够静下心来，认真的去看我讲的思考物理学的方法，也许你就能够慢慢的去这样观察身边的世界。

现在的家长对于辅导作业，总是吼得很大声，不过大多数这样的大声来源于他们的自信，这样的自信，随着孩子的成长，可能到在小学的高年级就不再吼了，到了初中吼的就太少了。

要是你学会了这样的观察与思考世界，也许可以吼到高中也说不定呢。哈哈。