關於「9.8」的寓意指認
——針對「重力加速度」和「重力場強度」的一次師生對話
束子
周末,閒坐在「問吧」(向全校同學開放、主要是向住校生開放的學業諮詢室)內翻看著閒書,來了幾位同學(以A、B、C、D等記之)在「問吧」門前探頭探腦。我(以W記錄之)知道,他們大概是有問題,於是
……
W:(視線未離開書卷,餘光撒向門口)別探頭探腦的了,有問題就進來。
A:(堆著笑臉)怕打擾老師看書。
W:這裡不是閱覽室,這裡是「問吧」。有問題就走進「問吧」來問吧。
B:老師,我們就是對昨天課上的「重力場與靜電場的比較」發現了一些問題,在宿舍爭執不下,所以想來問您。
W:「發現問題」?哎呀!那太好了……
A:都「發現問題」了,怎麼還「太好了」?應該是「太糟了」吧?
W:其實,在學習過程中「發現了有價值的問題」那可是一件再好不過的事情了……
A:我們剛說「發現問題」,老師怎麼就斷定發現的都是「有價值的問題」呢?
W:……(略顯意外)那……那不是還說了「爭執不下」嗎?如果大家沒把「問題」認定為是「有價值」,哪還會「爭執不下」、且在「爭執不下」的前提下跑到「問吧」來向老師尋求對「爭執」的評判呢?說說吧,什麼問題?怎樣的判斷?又是怎樣的爭執?
A:我們覺得……
B:還是我來說吧。老師昨天課上用「重力場」和「靜電場」做比較時,把「重力加速度」說成是「重力場強度」而類比於「電場強度」……
W:等等!昨天上課開小差了。老師說過「重力加速度是重力場強度」了嗎?
A:……老師,我把聽課筆記帶來了,這裡都記著呢,瞧
重力加速度:g= G/m = 9,8 m/s2 (1)
重力場強度:g= Gi/mi = 9,8 N/kg (2)
同樣是「重力除以質量」,老師您在(1)式中標定為「重力加速度」,而在(2)式中標定的則是重力場強度。這兩個「9.8」不是一樣嗎?因此我們就為這兩個「9.8」究竟是不是同一個物理量而爭執不休了。不知道老師持怎樣的觀點?
W:老師的觀點就在這兩個表達式中寫著呀:雖然數值都是「9.8」,但是物理量的名稱不同,物理量的計算方式不同,物理量的單位表達也不同,怎麼會是同一個物理量呢?既然是「爭執不下」,那一定有人認為是同一個物理量、有人認為是不同的物理量而應當具有不同的物理意義指認。老師估計:A、B兩位同學一定站在了老師的對立面,有誰與老師是同盟呢?是C和D兩位同學嗎?
C:D同學一直不發表意見,只有我堅定的站在老師一邊。
W:那就請你具體的說一說這不同之處,好嗎?
C:……我……?
D:我來說說,可以嗎?
W:呵,一直不發表意見的D同學現在有話要說了。請
D:我覺得:(1)式是應用牛頓第二定律而針對只受重力作用的物體求取其運動過程中的加速度,而(2)式則是模仿靜電場強度的定義方法來給出重力場強度的定義式。對(1)式中由牛頓第二定律計算所達到的「9.8」,其物理意義應該是描述了只受重力作用的物體運動時的速度變化情況、是加速度,所以單位應當為「m/s2」;對(2)式中模仿電場強度的定義方法(即:用試探電荷所受電場力除以試探電荷電量)而用試探物體所受重力場力除以試探物體質量,這樣得到的當然就應當是重力場強度,所以其單位也應當類似於電場強度的單位「N/C」那樣而表為「N/kg」,相應的物理意義當然也得類似於電場強度(描述靜電場的力屬性、與試探電荷無關)而描述重力場的力屬性、與試探物體無關。只是巧合,根據牛頓第二定律所得到的「重力加速度」與模仿電場強度定義方法所得到的「重力場強度」恰好數值都等於「9.8」,且其量綱也相同。老師,我的闡述您認可嗎?
W:不鳴則已,一鳴驚人。對於D同學一鳴驚人的闡述,老師基本認可。
A:老師,您說過:中國人說「基本認可」,那就是存在「不敢苟同」之處。D同學一鳴驚人的闡述,有哪些內容讓老師「不敢苟同」呢?
W:兩個字。
D:哪兩個字?
W:巧合。
D:巧合?
W:對,巧合。如果牛頓第二定律是絕對精準的實驗定律,那麼「重力加速度」與「重力場強度」其數值均為「9.8」和「量綱相同」那就不是「巧合」而是「必然」;如果作為實驗定律的牛頓第二定律不是絕對精準的,那麼「重力加速度」與「重力場強度」其數值和量綱就都有可能不同。
A、B、C、D:……???
W:抱歉,老師的這句話、尤其是這句話的下半句,可能讓同學們聽起來有些摸不著頭腦了。但是,老師不想做進一步的詮釋,至少老師不想今天就把話挑明,因為那樣會剝奪同學們深入思考並在這深入思考當中有所發現的機會與樂趣。對於(1)式和(2)式當中的兩個「9.8」,一個是描述只受重力作用的物體在運動過程中的速度變化情況,另一個則是描述重力場的力屬性,這是兩個不能被混淆的「9.8」,這一點大家都明白了吧?
A、B、C、D:明白了!!!
W:解決了舊的問題,又產生了新的問題——這正是學習思維的常態。同學們接下來就可以針對老師關於「巧合」的那段話再行深入的進行思考。老師希望大家都能夠從這深入的思考當中有所得,好嗎?
A、B、C、D:好!
……
——1985年10月8日
說明:微信群中聽到所謂「自由落體加速度是描述引力場性質」的觀點後,其第一反應那就是:喲!這是把「自由落體加速度」和「引力場強度」給搞混了呀。
加速度,是為了描述運動物體其速度變化情況而定義的物理量;引力場強度,是為了描述引力場力屬性的物理量。由於地表附近的自由落體加速度和地表附近的引力場強度其數值均近似等於「9.8」,於是便有人將這兩個「9.8」混淆,從而說出那「自由落體加速度是描述引力場性質」的可笑觀點來。
我們必須鄭重申明:自由落體加速度和引力場強度是兩個截然不同的物理量!!!
——2021年1月8日
關注「未子雜談」,瀏覽更多文章。