认知力的作用效果

郜建辉

博文是一名喜欢思考的学生。有一天。他整理了以“力”作为关键词的成语。当他整理出力透纸背、力不从心、齐心协力等成语后，发现有的成语能够很好地表达“力的效果”，而有的成语只是形容了“力的情况”，于是。他去找好朋友小强商量。

此时的小强正在为《墨经》中的一句“力，形之所以奋也”而百思不得其解。博文说明了来意，两人都有些困惑，博文想到了物理老师在课上讲过力的概念，就问小强：“一个物体如果受到了力的作用，会有什么事情发生？”

小强答道：“这可不好说。物体可能会变形，也可能没变化：不动的物体可能动起来。也可能不动；动的物体可能变快或变慢。也可能拐弯，总之很复杂。”博文想了想说：“不如我们去问问老师，看他能给我们什么建议。”

于是博文和小强找到了郜老师。说明了他们的想法后，郜老师说：“你们可以把想到的情况分为两种来研究，一种情况是研究物体在受到力的作用后其形状会发生什么变化。另一种情况是研究物体在受到力的作用后其运动状态会发生什么变化。”

博文和小强听后很受启发，决定先研究“物体在受到力的作用后其形状会发生什么变化”的情况，他们找来一块橡皮泥、一支激光笔、两个带支架的小镜子、一个健身用的哑铃、一张小桌子。

小强拿起橡皮泥说：“我是这样想的，当我用力捏这块橡皮泥时，它会变形，所以我认为，力的作用效果是能让物体发生明显的形变，”但过了一会儿，他又自言自语：“可是如果把哑铃放在桌子上，明明有压力作用，并没有看到桌面发生形变呀！”

博文一边摆放着仪器，一边回答小强：“这一点我已经考虑到了，你按照我画的实验设计图进行实验。看能发现什么。”

小强于是按照博文的实验设计图（如图1），与博文一起摆放好仪器，当他们把哑铃放在桌面中央时，发现激光笔通过两个小镜子反射到墙面的光点位置发生了移动。

博文说：“哑铃对桌面的压力是有作用效果的，只是桌面發生的形变十分微小，用肉眼不易观察到，我们用这个实验看到的光点位置变化可以说明，桌面发生了微小的形变，这种方法在物理实验中称为放大法。”

小强惊叹道：“太神奇了！”博文接着说：“通过你做的实验和我们刚才做的这个实验，可以说明物体在受到力的作用后是会发生形变的。”

“研究完第一种情况，我们再来研究第二种情况吧。我们知道力可以让物体‘由静到动，那对于运动的物体，当其受到力的作用时，会有什么效果？”小强急切地问。博文说：“我还准备了一些实验器材。”

于是，博文又找出了一个带支架的实验台、一个小铁球、一块秒表和一个条形磁铁。然后他边做实验边对小强解释道：“我先将小铁球放到支架的顶端。让它由静止滚下（如图2），用秒表记下小铁球到达指定位置的时间t1；再在指定位置放一个条形磁铁，磁铁的一个磁极对准小铁球，让小铁球从支架顶端由静止滚下，用秒表重新记下小铁球到达指定位置的时间t2。结果是t2小于t1，说明磁铁对小铁球的引力会加快它运动的速度。这就是说，对于运动的物体，力的作用效果是可以改变运动物体的运动速度。”

小强想了想说：“如果把条形磁铁放在小铁球运动路线的一侧呢？”博文说：“我们可以按你的想法进行一下实验！”通过实验，他们发现小铁球的运动轨迹发生了变化（如图3）。于是，他们又得出了一个结论：力的另一种作用效果是可以改变运动物体的运动方向。

通过实验认识了力的作用效果后，博文和小强兴奋地去找郜老师分享他们的结论。郜老师肯定了他们基于实验得出结论的科学态度，并进一步补充说：“你们通过实验得到‘力可以使物体发生形变‘力可以改变物体运动的速度和方向都是对的，但物理学中一般把物体的静止与运动，以及运动的速度与方向统称为运动状态，这样，我们就可以把实验结论总结为‘力的作用效果是可以改变物体的运动状态或可以使物体发生形变。”

郜老师建议博文和小强继续探究一下影响力的作用效果的因素有哪些。博文和小强进行了一番商量后，就又分头准备实验器材了，不一会儿，他们找到两个一样的空饮料瓶、一把刻度尺、两块相同的方海绵、一个方木块、几个螺丝钉、一些细绳和足够多的水。下面是博文和小强开展实验的过程：

博文和小强猜想影响力的作用效果的因素可能跟力的三要素有关，于是，他们进行了以下实验。

实验1：如图4，小强先在两个空饮料瓶中装入不同质量的水，然后将两个饮料瓶分别放在两块相同的方海绵上。待稳定后，博文用刻度尺粗略测出两块方海绵的形变程度。

实验后，博文说：“通过粗略测量的数据可以得出。瓶中的水越多，方海绵所受的压力越大。形变就越明显。”小强马上补充说：“力作用的方向和位置一定要保持不变。”

由此，博文和小强通过交流得出了实验1的结论：力的作用效果与力的大小有关，当力的方向和作用点不变时，力越大，物体发生的形变越明显。

实验2：如图5，小强先在方木块的侧面A处拧1个螺丝钉，然后系上细绳。当水平向右用很小的力拉细绳时，木块静止不动；当改用很大的力拉时，木块水平向右运动。

由此，博文和小强得出了实验2的结论：力的作用效果与力的大小有关，当力的方向和作用点不变时，不同大小的力作用在物体上，物体的运动状态会不同。

实验3：如图6，小强先在方木块侧面A处的螺丝钉上系两根细绳，然后分别用大小相同、方向不同的两个力拉两根细绳，发现木块运动的状态是不一样的：沿AC水平向右拉，木块水平向右运动；沿AD方向拉，木块转动。

由此，博文和小强通过交流得出了实验3的结论：力的作用效果与力的方向有关，当力的大小和作用点不变时，力的方向不同，物体运动的状态也会不同。

实验4：如图7。小强先在方木块的侧面拧上两个螺丝钉，其中A处为侧面的中心，B处靠近侧棱，然后在两个螺丝钉上各系一根细绳。当用水平向右的力拉A处细绳时，木块水平向右运动：当用水平向右、大小不变的力拉B处细绳时，木块转动。

由此，博文和小强通过交流得出了实验4的结论：力的作用效果与力的作用点有关，当大小不变、方向相同的力作用在物体的不同位置时，物体运动的状态也会不同。

通过以上四个实验，博文和小强探究出了影响力的作用效果的因素是力的三要素，同时，小强也弄明白了《墨经》中那句“力，形之所以奋也”的意思，那就是“力是使有形的物体发生运动状态的改变的原因”。