【849】亲子阅读百科新知系列之《力学原来这么有趣!》

我是昭君,我想记录我生活工作的点点滴滴,今天是我每日一篇文章的第849天。


力是一个我们生活当中很熟悉的概念,这个字除了物理上的意义之外,在很多场合都很常用。

比如在诗词当中,力就常常出现。杜甫曾在他的《茅屋为秋风所破歌》当中写道“南村群童欺我老无力”。“力拔山兮气盖世”,写尽了项羽绝命前的盖世豪情。《长歌行》当中留下的传世警句“少壮不努力,老大徒伤悲”。李商隐的“相见时难别亦难,东风无力百花残”。道不尽相思之苦。

可物理意义上所说的力究竟是什么呢?在我们的知识储备当中,力学并不是一个完全的盲区。我相信大朋友一定可以很轻易的说出一些生活当中常见的力。比如摩擦力,浮力,阻力,重力,弹力等等,我们可以感受到生活当中的力。比如推拉的力,投掷的力,抬举的力,摩擦时的阻力,下坠时的重力。

也许我们会觉得自己似乎已经模模糊糊的理解了力的概念,但如果当孩子问起妈妈,力是什么,咱是否真正能给出准确的解释呢?

力是看不见,摸不着的抽象概念,却也是现实当中物体移动时的基本概念。力是由物体之间的相互作用产生的,它有大小,有方向,有作用在物体上的点。力会改变物体的运动状态,使物体加速或者是形变。力等于物体的质量与加速度的乘积,或是动量对时间的变化率。

面对这样的定义大朋友会觉得过于抽象,对于孩子来说也并不好理解。但要如何让孩子对如此抽象的力产生兴趣呢。很简单,只要做好两件事:直观感受和引导思考。

直观感受很容易理解,就是从生活入手,让孩子感受到力。观察到力带来的运动状态的改变。我们可以带着孩子在走路时,感受脚与地面的相互作用力。在提起重物时感受肌肉的发力。在玩蹦床时观察弹簧的形变。在坐过山车时体验失重与超重。在坐车时感受惯性带来的前倾与后仰。

除了这些日常化的场景,别忘了带孩子走出家门,置身于大自然的怀抱当中,感受天空中风吹动发梢,感受河流中水淌过脚面,去看看大海上的波涛汹涌,去记录夜空当中的斗转星移。在这些自然现象当中,感受巨大的自然之力。

通过这些贴近生活的体验,孩子会对抽象的概念产生具象的印象。这时我们要趁热打铁,引导孩子去思考力背后的联系。要知道,无论哪种科学启蒙,机械性地掌握知识,远远没有培养善于思考的思维方式来得重要。

孩子在走路过程当中,可以感受到脚与地面相互的作用力。这时您可以提醒孩子,加大蹬踏地面的力度或者改变蹬踏的角度,再来感受一下地面给脚的反作用力是如何发生变化的。

通过在这样日常当中的引导,孩子能够感受甚至总结出,牛顿第三定律所描述的内容。“相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上”。

再比如说,搬动越重的物体所需要的力就越大。更大力地拉动弹簧,弹簧就会被拉得越长。不同重量的物体下落的时间基本相同等等。这些稍加引导,就可以在生活当中发现的物理知识。既可以让孩子享受思考的过程,又能够给孩子带来发现知识的荣誉感。

当然,这些自己探索出来的知识,一定会深深地印在孩子的脑海当中。同时,这些探索知识的过程会让孩子受益终生。

其实类似的思维引导还有很多,搬运重物时,手推车为什么会让我们感觉更加轻松。徒手无法开启的瓶盖,为什么开瓶器就能够轻易地撬开,被高高击飞的棒球会掉到哪里?人游泳时为什么能够浮在水中,以自由泳或者蛙泳的方式向前游动时,是什么样的力在起到作用?为什么羽毛球长得一点儿也不像个球,而高尔夫球却是个麻子脸?是什么力量让巨大的飞机飞上高空?

这些问题就像是十万个为什么。将力学变成了一个解谜游戏,用一个又一个的疑问,勾着孩子走进力学,发现《力学原来这么有趣!》。这本《力学原来这么有趣!》,由日本早稻田大学教授井喜久夫,东京学艺大学教授大井美佐保等物理学家精心编著。再由中国科学院物理研究所理学博士审校。书中的力学相关知识系统而完备,严谨又不失生动。

全书布局十分地精巧,书籍编者从与孩子相关性最高的“人的动作与力”入手。让孩子迅速接受“力”这样一个抽象的概念。接下来讲述自然力当中的风力和水力,在气候变化中感受自然之力。再通过孩子十分喜爱的飞机,汽车,火车,讲述乘坐载具所受的力和驱动载具的,通过燃烧得到的力。最后为孩子带来更为抽象的电力,磁力和能量的概念。

全书由浅入深,让各个年龄段的孩子都可以有所收获,甚至家长也可以在与孩子的共同过程当中,掌握之前不曾知晓的知识。和孩子一同分享关于力的各种感动和体验。

值得一提的是,这本书的作画十分精美,仅仅在封面我们就可以发现许多隐藏在运动中的力学知识。走钢丝的女孩向我们完美演绎了力的平衡,不断交替的苹果里隐藏着重力的秘密。男孩手中的陀螺展示了物体的惯性,天空中漂浮的气球里有着浮力的故事。

内部的插画也同封面一样精美,动量一节当中棒球投球手每一个动作的表情都不同。风速一节当中,用树木被风吹动的幅度生动地描绘了风的强度。

这些精美的手绘图解生动地展现了运动当中的力学。配合着严谨的文字,系统的知识结构,让这本书荣获了日本学校图书馆协会优秀科普图书奖。正如书籍的副标题所说的,这是一本拿起就放不下的力学启蒙书。这个评价可以说是十分地给力了。

最后,分享下力学的历史。力学作为一个实用性很强的学科,我们可以在很多文物当中,发现先民智慧的结晶。在中国西安半坡村遗址当中,出土的尖底瓶,有许多专家学者认为这种特殊形状的瓶子有着独特的力学特征,能利用浮力达到自动汲水的目的。

尽管这个来自5000年前仰韶文化的古老陶器的作用依旧有待考证,但力学的应用历史确实源远流长。公元前2600年,胡夫金字塔的建造就利用了滑轮组来搬运巨石。在成都金沙遗址当中出土的木耜利用了杠杆原理来更好地播种。

但说到力学体系的建立就一定跨不过一个人,站在巨人肩膀上的牛顿。力学这门诞生于十七世纪后半叶的学科,揭示了物体受到力的作用而运动的事实。具体来说,其出发点正是艾萨克·牛顿的运动三定律和万有引力定律。

力的科学考察是从调查各种运动开始的,经过逐年的发展才诞生了现代的力学体系。当然,力学并不是由牛顿独自创立的,有位学者对牛顿产生了重要的影响。这个人就是最早对物体的运动进行实验和思考的意大利人伽利略·伽利雷。

伽利略的故事我们并不陌生,相传他在比萨的教会参加弥撒时,一边观察悬挂在天花板上摆动的吊灯,一边根据自己的脉搏测出了吊灯摆动的周期。接着,他又发现吊灯的摆动幅度减小后,周期却没有变化。伽利略通过改变摆绳的长度和重物的重量。他总结出了钟摆运动的规律性。

还有另外一个故事更广为流传,那就是抵萨斜塔上的自由落体实验。尽管这两个著名的故事都可能是后人杜撰的,但它们都是我们孩提时代耳熟能详的故事。

这样的故事也告诉着后人,力学,物理,甚至放大到所有的理科,都不要忽视掉观察与实验的重要性。当年的牛顿站在的伽利略的肩膀上,建立了经典力学体系。今天的我们,站在更多先贤的肩膀上,又将创造怎样的惊人理论呢。

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