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從壓縮彈簧說起物質(zhì)如何蘊(yùn)含勢能

時(shí)間:2021-11-19 10:07:55

  在前天我在回答盤點(diǎn)高中級(jí)別冷知識(shí)的問題中,以這樣一個(gè)看起來有點(diǎn)兒刁鉆的問題開頭,引起了大家廣泛的關(guān)注和熱烈的討論[1]。我很高興這樣的回答能夠引發(fā)大家的探究性思考,而壓縮彈簧為了終結(jié)這樣懸而未決的問題,我在這里給出一個(gè)完備的回答。因?yàn)槠鋵?shí)對(duì)于高中所學(xué)習(xí)的知識(shí),甚至于非材料科學(xué)/凝聚態(tài)物理這些著重研究物質(zhì)內(nèi)稟屬性的知識(shí),對(duì)物質(zhì)的認(rèn)知,沿著從微觀到宏觀的路線是脫節(jié)的。

  在化學(xué)學(xué)科,我們知道物質(zhì)由分子組成,分子則由原子或離子(團(tuán))構(gòu)成;在物理學(xué)科,我們能夠通過給定物質(zhì)的比熱容計(jì)算升高一攝氏度需要多少焦耳的能量,我們能夠計(jì)算物塊的自由落體,計(jì)算碰撞物體間的動(dòng)量守恒,一個(gè)人站在靜止的船上往岸上扔貨物會(huì)導(dǎo)致船往遠(yuǎn)離岸邊的方向以怎樣的速度運(yùn)動(dòng)。但宏觀物質(zhì)的屬性和微觀物質(zhì)的屬性是否相同,又是否是簡單的疊加關(guān)系,這些是基礎(chǔ)的科學(xué)理論[2]不能夠解釋的。
  正是由于這個(gè)不經(jīng)過細(xì)致的審查就無法察覺到的知識(shí)的漏洞,導(dǎo)致文章最開始的這個(gè)問題變得看起來無從下手。在討論“被壓縮的彈簧在被腐蝕后彈性勢能到哪里去了”這個(gè)問題之前,需要優(yōu)先解決的問題是從高中學(xué)到能量這個(gè)概念后我們就了解到,機(jī)械能主要分為兩大類,分別是動(dòng)能和勢能,不同于勢能,前者直接能夠通過物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度、以[公式]的關(guān)系直觀地體悟到為了對(duì)抗魔王,勇者攀登到山頂能夠獲得被稱為重力勢能的巨大能量。擁有龐大勢能的系統(tǒng)和不擁有勢能的系統(tǒng)到底有什么區(qū)別?

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