Về một sai lầm ngoan cường đáng ngạc nhiên

36

Vật lý 8, 9, 10
Bài báo được xuất bản dưới đây, “Về một lỗi ngoan cường đáng kinh ngạc,” dành cho lớp cổ điển thứ tám, “Chất dẫn điện trong trường tĩnh điện” dành cho lớp cổ điển thứ chín, và “Giao thoa và giao thoa kế” dành cho lớp cổ điển thứ mười.

Về một sai lầm ngoan cường đáng kinh ngạc

Hãy tưởng tượng một khung cảnh như vậy trong một bài học vật lý.

Giáo viên. Một hòn đá được ném theo một góc so với đường chân trời và chuyển động theo quỹ đạo parabol (bỏ qua sức cản của không khí). Những lực nào tác dụng lên hòn đá vào thời điểm nó ở tại một điểm nhất định của parabol?

Giáo viên. Trước hết, hòn đá chịu tác dụng của trọng lực. (Không dừng lại nữa.) Ngoài ra, lực ném tác dụng lên hòn đá, hướng tiếp tuyến với quỹ đạo.

Giáo viên. Như bạn đã biết, lực là thước đo sự tương tác của một vật. Lực này còn do lực hút của hòn đá đối với Trái đất. Mọi thứ đều rõ ràng ở đây. Cơ thể nào tác dụng lực ném lên hòn đá?

Giáo viên. Giả sử hòn đá được ném bằng tay. Điều này có nghĩa là tay quyết định lực ném.

Giáo viên. Nhưng sự tương tác giữa hòn đá và bàn tay đã dừng lại ngay khi hòn đá bay đi. Bạn có thể tích lũy tốc độ, năng lượng; không thể tích lũy sức mạnh. Sự tương tác dừng lại - và cùng lúc đó lực tương ứng biến mất.

Thầy (hơi bối rối). Hóa ra chỉ có trọng lực tác dụng lên một hòn đá đang bay?

Giáo viên. Đúng vậy. Tất nhiên, trừ khi bạn tính đến sự tương tác của đá với không khí.

37

Cảnh tượng trên rất điển hình. Và không chỉ ở trường. Từ năm này sang năm khác, nhiều ứng viên trả lời sai đáp số cho câu hỏi được đặt ra - chính là câu hỏi mà học sinh của chúng tôi đã đưa ra. Học sinh cũng thường xuyên mắc lỗi khi làm bài thi cơ học.

Sự tồn tại dai dẳng và phổ biến của sai sót được đề cập không chỉ được giải thích bởi kiến ​​thức vật lý kém. Dường như có một nguyên tắc có tính chất tâm lý ở đây. Thứ nhất, ở cấp độ các tình huống hàng ngày, chúng ta đã quen với thực tế là để duy trì sự chuyển động của cơ thể, cần phải tác động lên nó bằng một loại lực nào đó. Đồng thời, người ta quên rằng lực chỉ cần thiết để bù cho ma sát. Thứ hai, chúng ta đang sống với nhịp độ khá nhanh và thường thì chúng ta muốn đạt được kết quả ngay lập tức. Đồng thời, chúng tôi đơn giản là không muốn tính đến… quán tính, quán tính.

• Lực tác dụng theo hướng nào tại một thời điểm nhất định thì hòn đá sẽ bay theo hướng đó vào thời điểm đó. Nếu hướng của lực thay đổi thì hướng chuyển động cũng phải thay đổi. Nếu chỉ có trọng lực tác dụng lên hòn đá thì nó đã bay xuống. Nhưng anh ta không bay xuống, điều đó có nghĩa là ngoài lực hấp dẫn còn có lực. “Có lẽ điều gì đó giống như những suy nghĩ này lóe lên trong đầu chúng ta và lỗi tương tự cũng nảy sinh.”

Chúng tôi thích chỉ trích quán tính; chúng ta đánh đồng nó với sự lười biếng và không sẵn lòng hành động. Tuy nhiên, nó dựa trên quan điểm của vật lý và cố gắng tưởng tượng một thế giới sẽ trông như thế nào khi quán tính đột nhiên biến mất. Để một vật có thể chuyển động trong một thế giới như vậy, một lực phải luôn tác dụng vào nó. Tác động dừng lại - chuyển động ngay lập tức dừng lại. Lực hướng về bên phải - cơ thể di chuyển sang bên phải. hướng của lực đã thay đổi theo hướng ngược lại - và đồng thời cơ thể đang chuyển động theo hướng ngược lại. Chúng ta có thể nói rằng ở đây mọi thứ chỉ được xác định bởi một thời điểm nhất định (chỉ những người hành động tại một thời điểm nhất định), chỉ có những ảnh hưởng siminite, siminite gợi ý, là quan trọng. Không có “lời nhắc nhở” về quá khứ; quá khứ không ảnh hưởng gì đến hiện tại cả. Và theo đó, hiện tại không ảnh hưởng gì đến tương lai cả. Một thế giới không có quán tính là một thế giới không có mối quan hệ nhân quả.

Nhưng hãy quay trở lại với hòn đá của chúng ta. Tất nhiên, khi họ ném anh ta, một loại lực nào đó đã tác động lên anh ta. Bây giờ anh ta đang bay, nhưng “nhớ” quá khứ: bản chất chuyển động của anh ta (đặc biệt là độ cao và phạm vi bay) không chỉ được xác định bởi lực hấp dẫn mà còn bởi lực tác dụng lên hòn đá. Đây là lý do tại sao hòn đá không bay xuống mà đi theo quỹ đạo parabol. Nói theo ngôn ngữ khoa học, chuyển động của một hòn đá tại một thời điểm nhất định được xác định bởi cả lực tác dụng lên nó tại thời điểm đó và bởi các điều kiện ban đầu - hướng và mô hình tốc độ mà nó có tại thời điểm ban đầu bay. Không phải vô cớ mà bài toán thuộc loại này thường bắt đầu bằng dòng chữ: “Vật thể được ném với tốc độ như vậy ở một góc như vậy so với đường chân trời…” Những điều kiện ban đầu này thể hiện chính xác kết quả tác động của các lực trong quá khứ. Ảnh hưởng đến hiện tại đã truyền qua họ.

Rõ ràng, sự thay đổi lực tác dụng lên cơ thể sẽ dẫn đến sự thay đổi chuyển động của cơ thể. Tuy nhiên, điều quan trọng là sự thay đổi trong chuyển động của cơ thể có tính đến cách nó di chuyển theo cách tương tự. Lực trực tiếp xác định không phải tốc độ của vật thể mà là gia tốc, tức là sự thay đổi tốc độ. Hóa ra định luật thứ hai nổi tiếng của Newton - cũng chính là định luật trong đó khối lượng (thước đo quán tính của vật thể) xuất hiện lần đầu tiên trong vật lý - ngày qua ngày, là một định luật thể hiện nguyên nhân quán tính trong cơ học.

Đây là những kết luận sâu sắc mà người ta có thể rút ra khi thảo luận về chuyển động của một hòn đá được ném theo một góc so với đường chân trời.

L. V. Tarasov