返回第30章 思考的魅力  她与时代共腾飞首页

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日子一天天地过,课也不知道上了多少节。

张建国站在讲台上,手里捏著半截粉笔,黑板上画著一幅简洁但令人困惑的示意图:一个粗糙斜面上放著一个木块a,木块a通过一根跨过斜面顶端定滑轮的轻绳,连接著下方悬空的重物b。斜面倾角θ已知,a和b的质量分別为m1和m2,斜面和a之间的动摩擦因数为μ。

“这不是书后习题,看起来可能也有点儿超纲。”张建国敲了敲黑板,粉笔灰簌簌落下,“算是给脑子还没生锈的人一点开胃小菜。条件都给了,问释放后,a和b的加速度a多大?绳子张力t多大?”

教室里一片安静。

前排几个尖子生皱起眉头,开始在草稿纸上写画,但很快,他们的笔尖就停住了。

问题看似是標准的“连接体”模型,但麻烦在於——木块a在斜面上,摩擦力的方向未知。

它可能向上,也可能向下,这取决於a相对斜面的运动趋势,而运动趋势,又由a的重力分力、b的重力和摩擦力共同决定。一个微妙的循环,卡住了大多数人。

“没人?”张建国冷笑一声,目光扫过赵强那一片,“平时咋呼得欢,关键时刻全成了哑炮。”

李雪梅盯著黑板。

她没有立刻动笔,而是让那个图像在脑海里“活”过来。

绳子是绷紧的,b肯定要向下落,那它会拉著a沿斜面向上吗?

不一定,如果a自己太重,或者斜面太陡,它可能自己就会往下滑……摩擦力是个墙头草,永远和“相对运动趋势”反著来。

关键在於,摩擦力的大小和方向,不是猜出来的,是算出来的,但你要先知道运动方向,才能確定摩擦力方向;而要確定运动方向,又需要知道摩擦力……

一个死循环。

但李雪梅想起张建国在第一节课说过的话:“先想明白要发生什么,再用公式。”

她忽然抓住了关键。

为什么要猜?可以让它自己“比”出来。

她举起手。

“李雪梅?”张建国看过来,镜片后的目光难以捉摸。

“老师,我想试试。”

全班同学闻声都望向她,赵强在前面翻了个白眼,小声嘀咕:“装什么大尾巴狼。”

李雪梅走上讲台,从张建国手里接过粉笔,在黑板高处画出第一条清晰的辅助线。

她没有写任何牛顿定律的公式,而是在旁边空白处,画了两个更简单的草图。

“我们不知道它会怎么动。”她开口,声音起初有些发紧,但很快稳了下来,“但我们可以假设两种『极限』趋势。”

她在第一个草图的方块上,画了一个沿斜面向下的箭头:“假设它有向上滑的趋势,摩擦力会向下,达到最大值。”

接著是第二个草图,箭头方向相反:“假设它有向下滑的趋势,摩擦力就向上,也达到最大值。”

然后,她在每张图下写字。

粉笔“噠、噠”地敲著黑板,声音清脆,像在叩问逻辑的门。

“t?= m?g sinθ+μ m?g cosθ(上滑临界)”

“t?= m?g sinθ-μ m?g cosθ(下滑临界)”

她转过身,面对全班,眼神清澈而专註:“这两个t,不是真正的力,是维持系统在两种假设趋势下刚好静止,所需要的拉力。而真正的拉力,是b提供的:m?g。”

她停顿了一下,让这个关键的桥樑在每个人脑子里搭稳。

“所以,我们只需要比较:”

“如果 m?g> t?,实际拉力超过上滑临界值——系统加速上滑。”

“如果 m?g“如果 m?g在 t?和 t?之间……”她顿了顿,“静摩擦力可以调节到恰好平衡——系统保持静止。”

逻辑的链条在此刻无比清晰。

教室里有了细微的骚动,有人开始飞快地重新计算。

李雪梅回到原题,代入张建国给的数:θ=30°,μ=0.2,m?=2kg,m?=0.5kg,g=10。

她算得很快,粉笔字乾脆利落:

t?= 2x10x0.5+ 0.2x2x10x0.866≈ 10+ 3.464= 13.464 n

t?= 10- 3.464= 6.536 n

m?g= 0.5x 10= 5 n

她圈出那个“5”,又圈出“6.536”。

“5她抬起头,结论平静而確定:“系统將沿著a下滑、b上升的方向加速。a受到的滑动摩擦力,方向沿斜面向上。”

直到此刻,她才在黑板的中央,那幅原始示意图旁,写出了牛顿第二定律的方程。

对a(下滑):m?g sinθ- t-μ m?g cosθ= m?a

对b(上升):t- m?g= m?a

数字代入,联立,求解,粉笔行走的轨跡不再迟疑。

最后,她在答案上画了一个简洁的方框。

a≈ 0.61 m/s2

t≈ 5.31 n

她放下粉笔,掌心被粉笔灰浸得滑腻,但心跳却异常平稳。

整个教室鸦雀无声。

张建国站在黑板前,一言不发,將李雪梅写的每一个公式、每一个数字,从头到尾看了一遍。

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