费曼父亲是如何培养孩子的科学素养的?



费曼

理查德·菲利普斯·费曼(Richard Phillips Feynman,1918年5月11日-1988年2月15日),美国理论物理学家,以对量子力学的路径积分表述、量子电动力学、过冷液氦的超流性以及粒子物理学中部分子模型的研究闻名于世。因对量子电动力学的贡献,费曼于1965年与朱利安·施温格及朝永振一郎共同获得诺贝尔物理学奖。

费曼在世时是世界上最有名的科学家之一。1999年,在英国《物理世界》杂志举办的130位世界顶尖物理学家参与的票选活动中,费曼跻身十大有史以来最伟大物理学家之列。

费曼还因他的半自传《别闹了,费曼先生!》和《你在意其他人想什么》,拉尔夫·赖顿的《去图瓦还是被捕》以及詹姆斯·格雷克的传记《天才:理查德·费曼的一生与科学事业》(Genius: The Life and Science of Richard Feynman)而在公众中颇有名气。



《发现的乐趣》封面

《发现的乐趣》(The Pleasure of Finding Things Out)是湖南科技出版社在2005年引进翻译出版的一本书,这本书收集了费曼的一些访谈和演讲。这本书的第一篇文章是费曼1981年接受BBC的专访,其中分享了他的父亲对他的影响,非常有启发意义。

费曼的父亲是个商人,但对科学很有兴趣,也是费曼的科学启蒙老师。费曼是小自己10岁的妹妹乔安·费曼(Joan Feynman,1927年3月31日-2020年7月22日)的科学启蒙老师,影响乔安成为著名天体物理学家。

费曼的父亲是如何做到的?请看费曼的讲述。

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耶鲁基础物理 7.2 万有引力



牛顿提出的运动定律是,力与加速度,而非速度,联系在一起。如果你观察一颗运 动的行星,认为它由于受到了力的作用而具有了速度,那么,你对力的含义没有把握到位。另一方面,如果计算行星的加速度,你就会发现,在任意时刻,加速度都 是指向太阳的。如果所有行星的加速度都指向太阳,那么,显然,加速度就是太阳造成的。于是,自然会想到太阳对行星有力的作用,使行星轨道弯曲成一个椭圆,问题了,找到这个力,看看这个力有什么性质?

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耶鲁基础物理 7.1 开普勒定律



现在, 我们讨论与保守力相关的一个最著名问题:天体在万有引力作用下的运动。

这是我们处理问题方面重大的飞跃,超越斜面、滑轮等等诸如此类的问题,我们将了解行星是如何围绕太阳运转的。这是一个很大很大的问题,对吧?方程里的$m$不再是滑轮或者小物块的质量,而是木星与太阳的质量。

我们将要求解宇宙学尺度上的问题,还要学很多知识吗?

不需要,已经掌握的知识差不多够了。

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质点沿粗糙球面滑下的命运(补充内容后重发)



美国《物理教师》(Physics Teachers)杂志研究过质点从球面顶部以初速度$v_0$下滑的问题,得到了下滑到不同位置处质点的速度,并指出,质点最终可能会脱离球面,也可能会停在球面上。发生这两种情形具体条件是什么?文章没有给出,我们探究一下这个问题。

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耶鲁基础物理 6.5 保守力



保守力很奇妙,可以对应势能函数,进而得到能量守恒定律。能量守恒定律很方便我们处理问题。

但是,如果随意地挑出一个力,有很大可能,力做功与路径相关。

有没有做功与路径无关的保守力呢?如果有,如何才能找出它们呢?

不要绝望。现在直接告诉你一个方法:

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Mathematica 画受力示意图

代码:

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g1 = Graphics[Line[{{0, 0}, {20, 0}}]];
g2 = Graphics[Line[{{0, 0}, {15, 15}}]];
g3 = Graphics[{Opacity[0.2], Blue,
Rotate[Rectangle[{8, 8}, {12, 12}], 45 Degree, {Left, Bottom}]}];
g4 = Graphics[{Blue, Thickness[0.01], Arrow[{{8, 10.8}, {8, 2.8}}]}];
g5 = Graphics[{Cyan, Thickness[0.01], Arrow[{{8, 10.8}, {3.8, 15}}]}];
g6 = Graphics[{Orange, Thickness[0.01],
Arrow[{{2.4, 5.2}, {6.6, 9.4}}]}];
g7 = Graphics[
Text[StyleForm["重力", FontSize -> 14, FontWeight -> "Bold"], {9,
6.8}, {0, 1}, {0, -1}]];
g8 = Graphics[
Text[StyleForm["支持力", FontSize -> 14, FontWeight -> "Bold"], {6,
13}, {0, -1}, {1, -1}]];
g9 = Graphics[
Text[StyleForm["摩擦力", FontSize -> 14, FontWeight -> "Bold"], {4.5,
7.2}, {0, 1}, {1, 1}]];
Show[g1, g2, g3, g4, g5, g6, g7, g8, g9]

运行结果: