ARTICLE · 980205
第三章 前三十米/ 高中物理/运动的描述/速度
赵北是物理课代表。
他不太参加体育课以外的活动——不参加社团,不打球,不跑步。每次体育课他都在旁边安安静静地待着,偶尔帮老师搬搬器材。他的成绩在年级前十,物理尤其好,好到物理老师私下跟班主任说"这孩子应该去搞竞赛"。
但赵北自己没那个想法。他不是不想,是觉得自己不够聪明——竞赛需要的不只是努力,还有天赋。他知道自己的天赋在哪里,也知道不在哪里。
今天他被孟昭叫来帮忙。
"跑道上有十个标志桶,"孟昭在起跑前跟他交代,"零米、三十米、六十米、八十米、一百米,每个位置放一个。运动员跑过标志桶的时候,你按秒表记录时间。沈一舟在对面,也记一组。两组数据取平均,减少误差。"
赵北手里握着两个秒表,蹲在三十米标志桶旁边。他面前是一张记录表,上面已经印好了每个人的名字和每个分段的格栏。
跑道起点处,苏秒正在做热身。
今天只测苏秒一个人。孟昭说要把他作为"第一个完整样本"来建立分析模型。苏秒不太理解什么叫"分析模型",但"第一个"这个词让他有点兴奋。
"准备好了?"孟昭站在跑道侧面。
苏秒点点头。他蹲下来,双手撑地,钉鞋踩实起跑器。前脚掌蹬住踏板,后膝跪地。重心前移。
他盯着前方三十米处的标志桶。那是他的"第一段"。
"预备——跑!"
苏秒蹬了出去。
前三十米是他最强的段落。起跑反应快、蹬地有力、身体前倾角度刚好——这段路他练了无数次,闭着眼睛都能跑出一条直线。
赵北按下秒表。他的手指在按钮上停了一瞬——苏秒冲过标志桶的速度比他预想的快。
"三点八零。"他喊了一声。
对面的沈一舟也报了个数:"三点八五。"
孟昭在笔记本上记下:0-30m,两组数据取平均,3.80s。
赵北看着苏秒跑远的背影,心里有一种奇怪的感觉。他平时在物理课上算速度、算加速度,都是纸面上的数字。但刚才那三点八秒——那是真真切切的一个人以接近全力冲过三十米的用时。数字是冷的,但那个瞬间是热的。
苏秒继续跑。三十米到六十米,他还在加速,但感觉不像前三十米那么顺畅了——身体开始直立起来,步频虽然还在增加,但增幅明显变小。风在耳边呼呼地响,但那种"弹射出去"的推背感已经消失了。
"七点七零。"赵北按下第二个秒表。
孟昭计算:30-60m段用时 = 7.70 - 3.80 = 3.90s。
"前三十米三点八秒,三十到六十米三点九秒——"方弧在旁边心算,"三十米多用了零点一秒?"
"别说话,看。"凌越低声说。
六十米到八十米。苏秒感觉自己的速度已经到了一个峰值,身体在"维持"而不是"加速"。腿部开始有一种微妙的沉重感——不是酸,是一种"使不上全力"的感觉。他的表情变得有些扭曲,嘴巴微张,像是在无声地喊什么。
"十点五零。"
10.50 - 7.70 = 2.80s。20米用了2.8秒。
最后二十米。苏秒咬紧牙关想冲刺,但身体不听使唤——腿在往前迈,却有一种"踩棉花"的感觉。明明在用力,速度却上不去。他能感觉到旁边似乎有什么东西在追赶他——虽然没有人在他旁边跑,但他自己的速度正在被什么东西"拖住"。
"十三点四零。"
13.40 - 10.50 = 2.90s。
苏秒冲过终点线后弯着腰喘气,双手撑在膝盖上。汗水顺着下巴滴在跑道上,形成一个个小小的深色圆点。他听到赵北报出最后一组数据的时候,心里隐约知道——数据里藏着什么他不想看到的东西。
赵北跑过去把记录表递给孟昭。他的两组数据和沈一舟的只差零点零几秒,误差很小。孟昭冲他点了点头:"记录得很准。"
赵北退后两步,安静地站在一旁。但他没走——他想看看这些数据会被怎么解读。
孟昭拿着笔记本走过来。他没有先跟苏秒说话,而是先把数据整理在一张纸上,然后走到跑道边,蹲下来画了一张表格。
"来看数据。"
五个人都围过来了——方弧、陶铁、凌越、何流。他们也想知道苏秒跑出了什么成绩。
孟昭在纸上写下:
苏秒百米分段数据:
总成绩:13.40s。
"总成绩13秒4,"孟昭说,"比你上周的12秒4慢了整整一秒。"
"那是——"苏秒想辩解。
"等一下。"孟昭抬手打断他,"先看数据,别急着解释。"
他拿起笔,在表格旁边加了一列:平均速度。
"平均速度 = 位移 / 时间间隔。我们一段一段算。"
"零到三十米:三十米除以三点八秒——"他在旁边写了一个算式,"约等于七点八九米每秒。"
"三十到六十米:三十米除以三点九秒,约等于七点六九米每秒。"
苏秒注意到数字在下降。
"六十到八十米:二十米除以两点八秒,约等于七点一四米每秒。"
"八十到一百米:二十米除以两点九秒,约等于六点九零米每秒。"
四个数字写在纸上:7.89、7.69、7.14、6.90。
孟昭把笔放下,看着苏秒。
"你看出了什么?"
苏秒盯着那四个数字。他以前从来不知道自己的跑步可以这样被"切开"来看——一段一段地测量、一段一段地计算。他只知道"前快后慢",但"多快多慢"他是没有概念的。
"……越来越慢。"他说。
"不只是越来越慢。"孟昭指着前两段,"前三十米每秒接近八米。三十到六十米也差不多。但是六十米之后——"他画了一条线,"速度开始明显下降。最后二十米掉到了不到七。"
"从七点八九掉到六点九零,"何流心算了一下,"差了一米每秒不到。"
"将近一米每秒。"孟昭纠正,"在百米比赛里,每零点一秒的差距就是一个身位。你现在知道为什么你后程总被人超了吗?"
苏秒沉默了。他当然知道——每次比赛最后二十米,他都能感觉到旁边的人"嗖"地一下超过去。他一直以为那是"体力不行"或者"不够拼"。
"我以为我只是有点累。"他低声说,"没想到掉了这么多。"
"平均速度有一个特点,"孟昭没有安慰他,而是继续讲,"它只能描述一段过程的整体快慢。你前三十米的平均速度是七点八九——但这不代表你在前三十米每一刻都是这个速度。起跑那一刻,你的速度是零。到第十米左右,可能就到了六七米每秒。到三十米处,可能到了八米多。"
"这中间的变化,平均速度看不见。它只给你一个'总结'——就像一个学期的总评成绩,看不出你哪次考得好哪次考得差。"
"那我每次跑完一百米,教练就问我'今天感觉怎么样'——"苏秒说,"感觉就是感觉,说不清楚。"
"感觉就是'平均速度'。"孟昭说,"你知道自己大概多快,但不知道哪里快、哪里慢。你需要更细的数据。"
何流在旁边一直没说话。这时他忽然问:"那如果分段越细呢?比如每十米算一次平均速度——是不是就能更接近真实情况?"
"对。分段越细,每一段的平均速度就越接近那一段中间时刻的真实速度。但永远不能精确等于某一个瞬间的速度——除非分段无限细。"
"那怎么才能看到每一刻的速度?"凌越问。
孟昭等的就是这个问题。
"你们听说过'瞬时速度'吗?"
五个人里,何流最先点头:"瞬时速度——某一个时刻的速度?"
"对。"孟昭说,"时刻是一个点,瞬时速度就是在某一个时刻——某一个'点'上——的速度。它描述的是物体在那一刻精确的运动快慢。"
"可是……"方弧皱眉,"一个时刻没有长度啊,怎么算速度?速度不是需要距离除以时间吗?时间为零的话——"
"问得好。"孟昭看了他一眼,"这就是瞬时速度的核心问题。你没办法直接测量'一个时刻'的速度。但你可以用很短很短的时间间隔内的平均速度来近似代替。"
"比如,如果你能测量苏秒在三十米处前后零点一秒内的位移,用那个位移除以零点一秒——结果就非常接近他在三十米处的瞬时速度。"
"时间间隔越短,平均速度就越接近瞬时速度。"何流总结道。
"对。极限思想——当时间间隔趋近于零时,平均速度的极限就是瞬时速度。"
方弧"嗷"了一声:"这就是数学里的极限吧?"
"就是。物理和数学在这里碰头了。"
苏秒一直在想那四个数字。他忽然抬头问:"那如果我能测出每一米的瞬时速度——我就能看到速度是怎么变化的?"
"对。"孟昭说,"你不仅能看到'快还是慢',还能看到'加速了还是减速了'、'什么时候加速最快'、'什么时候开始掉速'。这些信息,平均速度给不了你。"
"那……怎么测?"
孟昭笑了。这是苏秒第一次看到他真正地笑——不是嘴角微微一弯的那种,而是整个表情都松弛下来的笑。
"你们听说过打点计时器吗?"
没人说话。
"物理实验室有一种仪器,"孟昭说,"它每隔零点零二秒在纸带上打一个点。你把纸带系在身上跑——跑完之后,纸带上就有一串点。点与点之间的距离,就是零点零二秒内你移动的距离。"
"点越密,说明你跑得越慢。点越稀,说明你跑得越快。"
苏秒的眼睛亮了一下。
"所以如果我的速度在增加,纸带上的点应该越来越稀疏?"
"对。如果速度在减小,点就越来越密。"
"那我后程掉速的话——"
"纸带上后段的点会比前段密。你能直接'看见'自己的速度在下降。"
方弧吹了声口哨:"这玩意儿还有吗?"
"有。我已经跟物理老师借了。"孟昭看了看他们,"明天开始,我们用一个东西帮你们'看见'自己的速度变化。"
"等一下。"苏秒忽然开口。他一直在想一件事,"你说纸带上的点可以'看见'速度变化——那我后程掉速,是不是纸带上就能直接看出来?就是……点变密了?"
"对。你后程速度下降,纸带上对应的点间距会越来越小。你亲眼就能看到——你的速度是怎么一点一点被'吃掉'的。"
苏秒沉默了一会儿。"我一直以为只是'有点累'。"他的声音低了下来,"原来掉了这么多。"
方弧拍了拍他的后背,没说话。陶铁站在远处,两手环在胸前,表情没什么变化,但眼睛一直盯着那张记录表上的数字。
凌越在脑子里默默想:跳高是不是也能这样分段测量?起跳到过杆是一段,过杆到落地是另一段……
何流最后一个离开跑道边。他回头看了一眼那张表格——四个平均速度,从七点八九降到六点九零。像是一条缓缓下降的曲线。
他想,如果把这条曲线画出来,应该很有意思。
太阳彻底落下去了。操场上亮起了灯光,把五个人的影子投在跑道上。
赵北在旁边收拾秒表,把两组数据核对了一遍,确认没有误差。他走过来把记录表递给孟昭。
"赵北,"孟昭接过表格,"谢谢你。"
赵北点了点头,准备走。
"等一下。"孟昭叫住他,"明天你也来。打点计时器需要人帮忙操作——你物理好,上手会很快。"
赵北愣了一下。他看了看苏秒,又看了看孟昭。
"我?"
"你。"
赵北没说话,但他的手指不自觉地搓了搓秒表的表带。他点了下头,转身走了。
苏秒看着赵北的背影。这个安安静静搬器材的物理课代表,今天全程一句话没说,但每一组数据都记得又准又快。
"他跑得没我们快,"方弧在旁边轻声说,"但他好像比我们谁都看得清。"
苏秒点了点头。
他忽然想起孟昭第一天说的:质点。把不重要的忽略掉,留下重要的。
也许"跑步"这件事里,"跑得快"不是唯一重要的东西。怎么跑、为什么快、为什么慢——这些可能更重要。
而他现在,第一次有了想要弄清楚这些的冲动。
本章知识点
平均速度:描述物体在某一段位移(或时间间隔)内运动的平均快慢程度。公式为:平均速度 = 位移 / 时间间隔。平均速度只能粗略描述一段过程的整体快慢,不能反映过程中的细节变化。
瞬时速度:描述物体在某一时刻(或某一位置)的运动快慢。当时间间隔趋近于零时,平均速度的极限值就是瞬时速度。瞬时速度能精确反映物体在每一个时刻的运动状态。日常说的"速度"通常指瞬时速度。