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分享 柱子砸下的 F=ma
岳东晓 2016-11-13 11:07
在《 科普自行车轮之神奇 》我用牛顿第二定律分析了高速转动的车轮进动的问题。这个轮子进动看起来非常神奇,有兴趣的应该看一下相关视频。轮子这样横空而不倒,要简单的解释还真不容易,我在网上看到很多解释都稀里糊涂,才着手写了那篇博文。文中提到,如果看车轴与辐条系统(忽略辐条质量、不含轮圈),它受到轮圈重量产生的力矩,但没有倒下,那么这个平衡力矩从何而来?我文中用初中物理 F = ma 进行了解释与计算。 有的读者提出可以用力矩与角动量解释。确实,物理课本上是这么讲的,但这只是背书。角动量、力矩方程在经典力学里不是天外来客,而是从牛顿 F=ma 而来。所以,不用角动量,直接用 F=ma 解释,能够给人更为清晰的物理直觉。 为了更好的理解从F=ma 到角动量,我们不妨试着解决下面的力学问题。如下图,一根长为 L,质量为M的柱子倒下,接触地点O处没有滑动,F=ma 。请问柱子砸到地面的时间。 柱子受到重力 Mg 与地面的作用力 N。但一开始准备套用 F=ma 立刻有个问题,那就是N的方向、大小未知。即使我们可以通过一些分析得出N的方向,大小也不知道。怎么办? 学过大学普通物理的可能很快想到转动惯量、力矩等等,套公式即可。但我在上面说了,牛顿力学就是 F=ma,那些都是 F=ma 推出来的,现在我们只准用 F=ma。 为了解决这个问题,我们不妨把柱子看成若干小段。小段1对小段2的作用力是 F12; 小段2对小段1的作用力的 F21 。如此类推。我们列出各段的牛顿动力学方程 m_1 \ g + N + F_{2,1} = m_1 \ a_1\\ m_2 \ g + F_{1,2} + F_{3,2} = m_2 \ a_2\\ m_3 \ g + F_{2,3} + F_{4,3} = m_3 \ a_3\\...\\ m_n \ g + F_{n-1, n} = m_{n} \ a_n 上面的 g, N ,F , a 均为向量。上面的方程组中 F 为各小段之间的力(未知),我们称之为内力。利用牛顿第三定律 F12 = - F21 ,把上面的方程两边相加可以消去所有内力,但 N 却无法消去。有没有别的办法简化上面的方程组呢? 在上面的方程组两边叉乘该段的位置 r,然后再相加,我们发现同样可以把内力消去。例如 \vec{r}_{1} \times \vec{F}_{2,1} + \vec{r}_{2} \times \vec{F}_{1,2} = (\vec{r}_{1}-\vec{r}_{2}) \times \vec{F}_{1,2} =0 按照这个方案,我们得到下列方程 r_{1} \times N + \sum_{1}^{n} m_i\ r_{i} \times g = \sum_{1}^{n} m_i \ r_i \times a_i 取 O 为坐标原点,r1 =0,上面方程的 N 项就消失了。 \sum_{1}^{n} m_i \ r_i \times a_i = \sum r_i \times \frac{d p_i}{dt} = \sum \left = \frac{d \left(\sum{r_i \times p_i} \right)}{dt} 上面我们利用了 速度 dr/dt 与 动量 p 方向相同,因此两者叉乘为零的关系。 至此,为了解决这个柱子倒下的问题,我们从 F=ma 推出了相应的动力学方程。如果柱子质量分布是均匀的,\theta 为柱子与地面的夹角,则 \sum m_i \ r_i \times g = g \cos \theta \sum m_i \ r_i = \frac{1}{2} MgL\cos\theta \sum r_i \times p_i = - \sum m_i \ r_i \ r_i \frac{d\theta}{dt} = - \frac{1}{3} ML^2 \frac{d\theta}{dt} 因此,动力学方程为 \frac{1}{3} ML^2 \frac{d^2\theta}{dt^2} = - \frac{1}{2} MgL \cos\theta 或者说 \frac{d^2\theta}{dt^2} = - \frac{3g}{2L} \cos\theta 由此可见,虽然柱子砸下来的分量当然与重量有关,但砸下来的速度却与重量无关。 学过力矩及角动量的读者当然可以从上面看到它们的身影。
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分享 从坑底跑出的初中物理
热度 1 岳东晓 2016-1-12 14:10
水壶贴了个从锥形坑底跑出的图,求物理解释。人在斜坡上,坡越陡,对地面的正压力越小,但需要的摩擦力越大。比如,如果斜坡接近垂直,那么人对地面的正压力几乎为零,而需要的静摩擦力几乎等于重量,才不会掉下来。这就说明,坡越陡,需要越大的静摩擦系数才能平衡。这个坑面的静摩擦系数是已经定了,而坑面又挺陡,怎么办?如果能增加人对坡面的压力,同时又能减少需要的摩擦力,人就可能在坡面上平衡(从人的角度看)。 从这个人的角度,他处于平衡状态,受到如下几个力:(1)重力 mg , m是人质量,g 为重力加速度,方向是垂直向下;(2)坑面支撑力 N;(3)摩擦力 f , 暂定方向是沿坑面向上(如图);(4)所谓的离心力 F_c = m v^2/r ,v 为人的速度,r 为坑的半径,方向在图中是水平向右。我们列出与坑面垂直与水平的力的平衡方程。 与坑面垂直: N = mg \sin \alpha + F_c \cos\alpha = mg \sin\alpha + m v^2/r \cos\alpha 图中与坑面水平: f = mg\cos\alpha - F_c \sin\alpha = mg \cos\alpha - mv^2/r \sin\alpha 由此可见,由于人绕着坑跑,其加于坡面的正压力增大了,同时,需要的摩擦力 f 也减小了。要是速度足够快,需要的摩擦力似乎可以是0;但是我们这里只考虑了横线的摩擦力,人跑也需要纵向(前进方向的摩擦力)。如果再快些,摩擦力方向会变成向下(对抗离心飞出)。不过,人的速度有限,我们可以算算跑出这个坑至少需要多快。 设摩擦系数为 \mu , 摩擦力最大只能是 \mu N , 也就是, f \mu N : g \cos\alpha - \frac{v^2\sin\alpha}{r } \lt \mu (g\sin\alpha+\frac{v^2\cos\alpha}{r}) 我们得出: \frac{\mu \cos\alpha + \sin\alpha}{r} v^2 \gt (\cos\alpha - \mu \sin\alpha) g v^2 \gt gr \frac{ \cos\alpha - \mu \sin\alpha}{\mu \cos\alpha + \sin\alpha} 假设坑锥角度30度(pi/6),摩擦系数 0.5, 坑口半径4米,计算表明此人需要的速度为每秒5米。 另外,我们可以顺便计算一下此人身体与重力垂直方向的角度,人体应该在离心力与引力的合力方向(按爱因斯坦的理论,这相当于等效引力), 因此,人与地面的角度为 \tan^{-1}\frac{rg}{v^2} 如果直接跑上来,坡太陡,摩擦力不够, 这个问题的物理计算跟转弯车道倾斜是类似的。
个人分类: 科普|4346 次阅读|0 个评论
分享 从坑底跑出的初中物理
岳东晓 2016-1-10 06:55
水壶贴了个从锥形坑底跑出的图,求物理解释。人在斜坡上,坡越陡,对地面的正压力越小,但需要的摩擦力越大。比如,如果斜坡接近垂直,那么人对地面的正压力几乎为零,而需要的静摩擦力几乎等于重量,才不会掉下来。这就说明,坡越陡,需要越大的静摩擦系数才能平衡。这个坑面的静摩擦系数是已经定了,而坑面又挺陡,怎么办?如果能增加人对坡面的压力,同时又能减少需要的摩擦力,人就可能在坡面上平衡(从人的角度看)。 从这个人的角度,他处于平衡状态,受到如下几个力:(1)重力 mg , m是人质量,g 为重力加速度,方向是垂直向下;(2)坑面支撑力 N;(3)摩擦力 f , 暂定方向是沿坑面向上(如图);(4)所谓的离心力 F_c = m v^2/r ,v 为人的速度,r 为坑的半径,方向在图中是水平向右。我们列出与坑面垂直与水平的力的平衡方程。 与坑面垂直: N = mg \sin \alpha + F_c \cos\alpha = mg \sin\alpha + m v^2/r \cos\alpha 图中与坑面水平: f = mg\cos\alpha - F_c \sin\alpha = mg \cos\alpha - mv^2/r \sin\alpha 由此可见,由于人绕着坑跑,其加于坡面的正压力增大了,同时,需要的摩擦力 f 也减小了。要是速度足够快,需要的摩擦力似乎可以是0;但是我们这里只考虑了横线的摩擦力,人跑也需要纵向(前进方向的摩擦力)。如果再快些,摩擦力方向会变成向下(对抗离心飞出)。不过,人的速度有限,我们可以算算跑出这个坑至少需要多快。 设摩擦系数为 \mu , 摩擦力最大只能是 \mu N , 也就是, f \mu N : g \cos\alpha - \frac{v^2\sin\alpha}{r } \lt \mu (g\sin\alpha+\frac{v^2\cos\alpha}{r}) 我们得出: \frac{\mu \cos\alpha + \sin\alpha}{r} v^2 \gt (\cos\alpha - \mu \sin\alpha) g v^2 \gt gr \frac{ \cos\alpha - \mu \sin\alpha}{\mu \cos\alpha + \sin\alpha} 假设坑锥角度30度(pi/6),摩擦系数 0.5, 坑口半径4米,计算表明此人需要的速度为每秒5米。 另外,我们可以顺便计算一下此人身体与重力垂直方向的角度,人体应该在离心力与引力的合力方向(按爱因斯坦的理论,这相当于等效引力), 因此,人与地面的角度为 \tan^{-1}\frac{rg}{v^2} 如果直接跑上来,坡太陡,摩擦力不够, 这个问题的物理计算跟转弯车道倾斜是类似的。
个人分类: 科普|16 次阅读|0 个评论
分享 走路初中物理的老太版本
热度 1 岳东晓 2015-11-4 08:12
走路初中物理的博文我写了N篇,发现这个问题还是有人搞不清楚。作为科普来说,这是很令人失望的。就像白居易写的诗念给老太太听,老太太听不懂,怎么办?不能怪老太太没文化,得怪自己写得不够清楚。这就得打回重写。 读者的反馈对于科普来说是很好的促进,虽然科普的目的不是让人懂科学,而是让人尊重科学。但如果这种尊重科学的目的没有达到,就违背了科普的初衷。 科普作者首先应该假定读者完全不懂科学,没有任何基础。回过头去看 《 科普:走路的初中物理 》,我不得不承认有几个地方没有做这样的假定,而是直接跳去进行了计算。现在我把这个补上,而且不写数学公式。 首先,关于静摩擦力的概念。现在我坐在桌子面前,桌子在地板上,我用手推桌子,桌子不动。桌子受到的摩擦力是多少?当然是等于我手推的力量。我手推的力气可大可小,如果桌子保持不动,摩擦力也跟着变化,与我手推的力大小相当、反向相反。由于桌子相对地面没有运动,这叫着静摩擦力。桌子与地面的静摩擦力可以是0,但有个最大值。但当我手推的力量大于这个最大值,静摩擦 hold 不住了,桌子就开始动了。这个 最大的 静摩擦力与桌子重量的比,叫着静摩擦系数。 从这里我们学到的是,静摩擦力总是与推力平衡,其最大值等于压力乘以静摩擦系数。计算静摩擦力不能用压力乘以静摩擦系数,而必须通过力的平衡。比如说面前的这个桌子重量是固定的,我不去推它的时候,它与地面摩擦力是零,我用1斤的力去推,摩擦力就是1斤。我推的力量大于最大静摩擦力,桌子才会动。这跟滑动摩擦是不同的,滑动摩擦力等于压力乘以滑动摩擦系数。 现在考虑走路。问题是走路的时候(无打滑),鞋子与地面之间的摩擦力是什么摩擦力,是静摩擦还是滑动摩擦?有人可能想,人在动嘛,应该是滑动摩擦。但注意一下,我们正常走路时,并没有发生鞋子与地面发生擦动的现象,鞋子与地面在接触点没有滑动,而是相对静止,因此这是静摩擦。汽车开动时轮子与地面接触点的情况也是一样,也是静摩擦。 明白了走路时地面摩擦力是静摩擦的道理之后,我们考虑的问题是:静摩擦系数与人迈动的最大步伐是什么关系?这就是我进行的计算。 首先,我们算出走路时脚受到的最大摩擦力,从这个计算我们发现这个最大摩擦力与跨的步伐大小有关系。这个其实也很好理解,试试就知道了。假如双脚并拢站着不动,也就是步伐为零,摩擦力也为零。假如你向前迈出一步,你会感到地面的力量在hold 你; 但如果跨出步子加大到一定程度,你会发现有点 hold 不住了,鞋子开始打滑了 --- 这就是静摩擦力不够了。如果你试图在光滑的冰面这样跨一大步出去,很可能会来一个前后劈叉。如果完全没有摩擦力,根本动不了,无法走路 --- 也就是静摩擦系数为零,最大步长也为零(注)。 具体计算的结果参见: 《 科普:走路的初中物理 》。 注:这也可以从动量守恒看出,因为没有水平外力,物体质心水平位置不可能变化;这跟我在之前提到的猫能够在空中无外力转身形成鲜明对比。两者的区别从数学上来讲涉及李代数的对易性。
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分享 初中几何静力学入门
岳东晓 2015-7-2 08:35
今天我很有耐心,再讲讲初中几何与静力学。 在《 科普:走路的初中物理 》科普文中, 留德学机械的杨文彬提出,当人跨上一个较高的台阶,大腿与地面水平时,地面对上面那只脚的支撑力N 为人体重量W, 力臂为为大腿长L,因此 髋部的力矩是 W*L 。 初中物理告诉我们,力矩计算并不是力乘以距离这么简单,而是要考虑力与力臂之间的角度。由于该读者的力矩计算是 N * L,这说明他假定的情况是 (1)N 与大腿垂直;(2)N的作用点与髋部关节的水平距离是 L 。也就是下图 这个图当然是完全可能的,台阶高度为大腿长即可。上这个台阶当然也是可能的--但是需要一定的初速度。但N不是重量,我们计算出来的结果是此时N 为 0.25 W 。也就是存在失重。对此,我拨冗进行了演示计算。 有读者认为可以通过身体前倾将重心移到上面那只脚的上方,但这是另外一个问题。很容易看出,这个情况下,膝关节必须弯曲,身体必须前倾,为了使大腿水平,大腿、小腿内侧必须接触,此时重心通过脚掌, 那么虽然支撑力为W,但力臂几乎为零,力矩也几乎为零 ,与所谓 力矩为 N *L 的情况完全不同。
个人分类: 科普|6737 次阅读|0 个评论
分享 正面辩论才是男人本色
热度 1 岳东晓 2015-4-22 03:22
iMan,我在《对翰山与 iMan 的评估》一文中已经指出:【iMan 的赖皮撒泼是明显的,你跟他约好认真讲道理,他发现自己错误后不是承认,而是开始骂大街掩盖然后躲猫猫。赖皮撒泼的当然是没有诚信的。iMan 的特点是用一种 childish 的做法来掩盖。】 你如果承诺文明辩论,而不是搞这种撒泼骂街,我可以在奉陪你一次。如果你再像以前初中物理辩论时那样搞无赖,恕不奉陪。 iMan,我们可以继续之前的模式,交叉提问,对问题不得回避,不得转移话题,对问题必须正面直接回答,不得反问,不得撒泼破口大骂。你如果能答应这些条件,我可以再奉陪你一次。记住,你知道的“人无信不立”。你敢不敢按照这个规则进行? 以上不回避问题、正面回答的,是男人基本本色。你 iMan 要是做不到,就不要罗唣。 上面的所说“不得反问”是指在回应问题时必须正面回答,而不是采取反问方式躲猫猫。比如说,我问“你吃饭了吗?", 你不能回答“你吃了吗?”,而必须就本人的问题进行是否回答。在之前,iMan 就是多次回避问题,这是典型的不敢正面交锋的懦夫行为。 我贴出的初中物理辩论中,这种问题就很明显。有兴趣地可以查看相关记录。
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分享 提前给中西部网客发新年礼物咯
岳东晓 2015-2-14 05:38
我在【 《美国真正的可怕之处在哪儿?》的中国式误区 】一文中写到,提到美国国会通过《印第安人清除法》之后,【 切诺基于是在美国法院起诉,结果美国最高法院还判他们赢了(1832年)。然而,枪杆子里面出政权,依法治国的美国总统杰克逊嘲笑了美国最高法院一番,把美国最高法院判决当成一张废纸。】 中西部网客似乎没有听说过相关历史,还在查维基百科。 我今天本来准备买一本美国初中历史教科书送给中西部网客作为新年礼物的 ,正在亚马逊上查,突然发现网上就有初中历史课,还有多媒体录像。就先给他发过来 http://education-portal.com/academy/course/us-history-middle-school.html 打开第六章,第8课, http://education-portal.com/academy/lesson/the-trail-of-tears-and-jacksons-indian-removal-act-of-1830.html 我建议他看相关课程录像并阅读相关文字。 我看了一下,发现这初中课本还讲得蛮透彻。还说杰克逊本是维护联邦权威的,只是在印第安人问题上就变了。 【 At the time Jackson was president, their lands had shrunk, but still they remained in control of sizable swaths of land in northern Georgia, Tennessee, and North Carolina, lands the white settlers wanted for growing cotton... With mounting pressure from all sides, the Cherokee tried to appeal their case to the United States Supreme Court in 1831 but were denied a hearing. In another court case, Worcester v. Georgia (1832), the Supreme Court held that the Cherokee were entitled to legal protection from encroachments by the state of Georgia on their lands. The problem was the Supreme Court gave opinions with no power to back them up. When it came time to enforce the ruling, Georgia and President Jackson, simply ignored it and continued preparations for the removal of the Cherokee.】 怕他英文程度不到美国初中,我翻译一下:【杰克逊执政期间,切诺基的土地已经缩减,但仍然控制了乔治亚北部、田纳西、北卡各州相当的土地,白人想用占据这些土地种棉花。。。面对来自各方日益严重的压力,切诺基在1831年尝试向美国最高法院陈情但被拒绝。在另一个案子(沃彻斯特对乔治亚)中,美国最高法院裁定切诺基领土有权获得法律保护而不受乔治亚州的侵蚀。问题是,美国最高法院可以给出判决,却并没有能力维护其判决。轮到强制执行判决的时候,乔治亚州与杰克逊总统简单地对判决不予理睬,而是继续进行清除印第安人的准备。】 先学学这段初中历史,然后对比本人写的 【枪杆子里面出政权,依法治国的美国总统杰克逊嘲笑了美国最高法院一番,把美国最高法院判决当成一张废纸。】 我干脆还再耐心一点,把我的中文翻成英文: 【'Political power grows out of the barrel of a gun.' (quoting Chairman Mao)U.S. President Jackson, ’under the rule of law‘ (sarcasm), ridiculed the U.S. Supreme Court and treated the ruling of the U.S. Supreme Court as a piece of junk paper.】
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分享 科普:上台阶的初中物理(3)
热度 3 岳东晓 2014-12-4 05:10
在《 科普:上台阶的初中物理(2) 》中,我写到 【 你不能再套用双脚着地的情况,而必须计算人重心的向下加速度,既然有向下的加速度,人就会怎么样?会感到有失重。 F = W - N = ma 推出 N = W - ma. 。。。 上图中右边那脚蹬地而后离地的一瞬间,图中左边那只在台阶上的脚A应该感到突然变轻了。人的重心应该是以一个接近抛物线的轨迹运动。 具体的计算就留给同学们作为练习了。 】 这个计算上图中a的练习本来是个简单的中学物理题,但 iMan 同学不会,我今天头昏脑胀之余,正需要换换脑子,因此在这演示一下,希望同学们能够举一反三。 如上所述,人蹬腿获得一定初速度之后,蹬地的脚离地,重心向上做类似抛物线轨迹向上运动。为简化计算起见,我们忽略台阶上小腿绕踝关节的转动,主要运动是大腿(以及全身)绕膝关节C的转动。设人体绕C的转动惯量为I,大腿长L,人体重心至C轴的距离为D。人体(除台阶上小腿外)质量为m 。绕C轴角加速度为 \alpha ,则根据牛二定律,我们有 mg D = I \alpha I的计算我们参照一下 这个数据 ,以一个高为 2L,厚为 1/2 L 的立体近似,那么其绕C轴的转动惯量为 I = m D^2 + \frac{1}{12} m (4L^2+ 1/4 L^2) 令D近似为L I \approx \frac{4}{3} m L^2 因此, \alpha = \frac{mg L} {\frac{4}{3} mL^2 } = \frac{3}{4} g/L 因此,人体重心加速度 a = \alpha D \approx 0.75 g 因此,N = mg - m a = 0.25 W。 第一个图中对应的B点的力矩为 N L = 0.25 W L 。 其实这个结果在直觉上是显然的。如果一个人双腿撑开蹲在两个支撑物上,每只脚支撑一半体重,假如突然把一只脚下的支撑物抽掉,另一只脚的受力会小于一半体重,而不是等于全部体重。动力学计算表明,这个支撑力约为1/4体重。 结论,第一个图中对应的B点的力矩为 0.25 WL 。 设大腿长约 0.5 米,上台阶时单位kg力矩为 0.25 * 9.8 * 0.5 (牛顿米) = 1.2(牛顿米)。一个体重80公斤的人上台阶时髋部感受的力矩约为100牛顿米。有兴趣的可以去查验上台阶时的人体受力实验数据,看是否与这个计算接近。 大腿不是水平而是与地面成 \theta 角度时,类似的计算发现力矩正比于 \cos^2\theta ,因此角度为0时,力矩最大。 PS: 根据 这个研究 0fcfd50b73ec26722e000000 (1).pdf 上楼梯时每kg 体重产生的髋部力矩为 0.76 牛顿米。这个与我们的计算的结果(1.2牛顿米)的差别应该是两个原因 (1) 我们的计算中台阶高,大腿会达到水平状态,该试验中台阶可能没有这么高,因此 \cos^2\theta 1;(2)实验对象平均大腿长度可能小于我们使用的0.5m.
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分享 科普:如何手算开N次方(初中代数)
岳东晓 2014-1-29 10:38
我在《 N位数开M次方半文科思维都可以做到 》一文中写道,【 这个16位数开14次方完全可能。被测试者只需要牢记对数表即可】。任何数开任意次方可以变成4次查表与一次减法。但是你如果要做心算表演,必须背下几千个对数值,而且精度受限制。理科思维的人是决不可能干这个背对数表的苦活的,但文科或半文科思维拿出苦背政治标准答案的干劲应该没问题 。 《最强大脑》节目中那位测试者随便出了个什么数的14次方的题目,像喝蛋汤似的。出题者与观众有没有想过,不要你心算, 给你一张纸、一支笔,你怎么计算一个数的14次方?别说14次方,就是3次方也算不出来---你可能根本不知道怎么算。 因为,开方 结果往往是无理数, 不像乘法,根本没有直接的计算方法。只能试算,然后进行修正。开平方的手算方法只是把这个试算的代数转化成了一个计算程序。下面,让我们看看给出一个数E,只用初中代数,怎么开N次方吧。 所谓开N次方,就是找到一个数 r (称为N次根), 满足 r^N = E 。 咋办?猜! 假设我猜这个根接近 X ,那么 r 可以表示为 r = X+ d , 其中d为误差。如果我能找到这个误差d,不就大功告成?我们上面的方程变成 r ^N = (X+d) ^N = E 把上面括号里的乘方乘出,但是只取d的一次项(再多计算就麻烦了): (X+d) ^N = X^N + N X^{N-1} d + ... = E 得出 N X^{N-1} d = E - X^N + ... 得出 d\approx \frac{E-X^N}{N X^{N-1}} = \frac{1}{N} (\frac{E}{X^{N-1}} -X) 这样我们得到r的一个新的近似 X+d= X + \frac{E-X^N}{N X^{N-1}} = (1-1/N) X + \frac{E}{N X^{N-1}} 通过不断重复上面的计算,就可以求出N次方根的更精确的近似了。 下面我随便用10000(一万)开5次方作为示范。也就是说 E = 10000, N=5。第一步,猜一下大概是多少。10太大了,10的五次方是10万,5又太小,5的五次方是625*5,三千多,先试6看看。也就是X=6. d= \frac{1}{N} (\frac{E}{X^{N-1}} -X) = \frac{1}{5} (\frac{10000}{6^4}-6) = \frac{1}{5} (10000/1296 - 6) \approx 0.343 也就是第一次修正得出 X = 6+ 0.343 = 6.343。再将这个X代入上面的d计算公式, d= \frac{1}{N} (\frac{E}{X^{N-1}} -X) = \frac{1}{5} (\frac{10000}{6.343^4}-6.343) \approx -0.033 哈哈,才算了一次,修正值就已经只有-0.033了,修正值是负的。新的X=6.343 - 0.033 = 6.31 继续算, d= \frac{1}{N} (\frac{E}{X^{N-1}} -X) = \frac{1}{5} (\frac{10000}{6.31^4}-6.31) \approx -0.0004 惊人的快,才算两次,误差已经只有这么点。新的X=6.31- 0.0004 = 6.3096 算一下, 6.3096^5 ~ 10000.2,已经相当接近一万了。 假如我们第一步猜的不准,猜10怎样? 第一步算出 修正d 约为-9/5, 就把X降到8点几,然后估计要多算几次才能达到同样的精度。 上面的开方计算理论上是可以手算的,因为只用到乘除法。而且只算了两次,就达到了相当的精度(至少三位有效数字)。但可以看出来,这个计算量相当大。开5次方根需要计算四次的乘方。如果要开14次方,需要计算多位数13次的乘方。据我所知,目前地球上还没有人能够心算多位数的13次方。网上有名德国人能算两位数的两位数次方,但注意是靠记忆,三位数就不行了。 结论:大数字开高次方,背下对数表是最大的可能。
个人分类: 科普|13047 次阅读|0 个评论
分享 科普:初中微积分入门(系列之2)
热度 3 岳东晓 2013-10-5 01:02
我写《 科普:小学微积分入门 》一文的目的主要是改变数学呆子们把微积分搞得死气沉沉、臭气熏天还故弄玄虚的局面,返璞归真。前文提到,高数课本里什么”一铺西陇-德尔塔”完全是误人子弟的孔乙己思维,牛顿、莱布尼茨、欧拉、柯西、伯努利、拉格朗日这些物理、数学大师根本都没有听说过这些。所以,我们今天学微积分应该跳过这个迂腐的过程---除非你是数学呆子,才会去证明 \lim_{x\to 4} x = 4 。 另外,微积分这个名词也需要解释一下。微积分的原始洋文是calculus,其愿意是" pebble used as a reckoning counter ", 即用于算账数数的小石子。而中文翻译显然是微分+积分之意,并不十分准确。 好,微积分的迷信被破除了,神秘的面纱被剥光了,我们可以直奔主题了。 前文中,我们举了一个例子,如果知道物体的位置如何随时间变化,我们就可以算出它在某个时刻的速度,方法也就是小学算术学的:距离除以时间。不过在微积分中,我们把时间间隔取得极短,最后干脆令时间差接近等于零,算出的速度叫做即时速度。为了复习这个方法,我们再做道练习,顺便用微积分解决一个有意义的物理问题。 假设物体位置x与时间t的关系是 x = e ^ t ,该物体的速度是多少,加速度又是多少? 解答:按照前文的方法依样画葫芦, v= \frac{x_{t+h} - x_{t}}{h} = \frac{e^{t+h} - e^t}{h}= e^t \frac{e^h -1}{h} 以上 不过是在计算时刻 t到时刻t+h的平均速度, 完全是精确的初中代数,没有任何花头可言。这一点大家都承认吧? 接下来微积分开始了。我们让上面的h变得很小,看看这个 \frac{e^h -1}{h} 是多少,小学数学程度的可以用计算器,比如说, h=0.1, \frac{e^{0.1} -1}{0.1} = 1.05 ; h=0.01, \frac{e^{0.01} -1}{0.01} \approx 1.005 ; h=0.001, \frac{e^{0.001} -1}{0.001} \approx 1.0005 。。。 我们估计这个 \frac{e^h -1}{h} 当h接近零的时候,八成等于1。初中以上数学程度的可以试一下证明它确实等于1。 由此,我们就根据初中代数得出一个结论, 如果位置 x = e ^ t ,速度就是 v = e ^ t ,数学公式完全相同(当然单位不同)。 加速度呢?加速度是速度差除以时间差,依法炮制,我们也会得出加速度 a = e ^ t 。 现在我们把问题稍微变复杂一点,假设这个指数不是t,而是t乘以一个常数 \lambda ,也就是说 x = e ^{\lambda t} ,我们再来算算速度看看? v= \frac{x_{t+h} - x_{t}}{h} = \frac{e^{\lambda(t+h)} - e^{\lambda t}}{h}= e^{\lambda t} \frac{e^{\lambda h} -1}{h} , 以上又是初中代数,没有任何玄乎。而且我们发现这指数还真有意思,算出速度来又是自己,只是后面乘了一个 \frac{e^{\lambda h} -1}{h} ,它是多少呢?下面又是初中数学,仅仅是把分子分母同时乘上 \lambda : \frac{e^{\lambda h} -1}{h} = \lambda \frac{e^{\lambda h} -1}{\lambda h} 根据前面的结果我们知道 \lambda h 很小时, \frac{e^{\lambda h} -1}{\lambda h} =1 。因此, \frac{e^{\lambda h} -1}{h} = \lambda \frac{e^{\lambda h} -1}{\lambda h} = \lambda 。 所以当 x = e ^{\lambda t} ,得出速度 v= \frac{x_{t+h} - x_{t}}{h} =\lambda e^{\lambda t} ,也就是说 v = \lambda x 。 以此类推,我们可以得出加速度 a =\lambda^2 e^{\lambda t} =\lambda^2 x 。 有了以上的微积分基础,我们可以用来解决物理中极为重要的振动的问题。小学生都知道牛顿第二定律,F = ma ,初中物理又学过所谓的胡克定律,弹簧的拉力 F = -kx , 就是说弹簧的拉力与拉长(或压缩成正比),方向与拉长方向相反(就是你拉它、它往回拉),这个k叫做弹性系数。如果弹簧上栓个质量为m的物体,那么F=ma告诉我们: F = -kx = ma 也就是说 a = - \frac{k}{m} x . 这个 \frac{k}{m} 取决于弹簧的弹性系数与所栓的物体质量,对于具体问题来说是个常数。 上面这个弹簧振动的方程我们在微积分里被称为一个二阶线性常微分方程,但我们可以不管这些玄乎的名词。 对比一下上面的 x = e ^{\lambda t} ,推出 a =\lambda^2 e^{\lambda t} =\lambda^2 x ,我们可以发现这与弹簧振动的方程是非常类似的。 如果 \lambda^2 = -\frac{k}{m} , 那么 x = e ^{\lambda t} 就可以满足上面的振动方程了。 当然了,这个 \lambda = \sqrt{-k/m} 是个虚数。而根据高中数学, e^{i\theta} = \cos\theta+ i \sin\theta 。也就是说 e^{\sqrt{-\frac{k}{m}}t}= \cos\sqrt{\frac{k}{m}}t + i\sin\sqrt{\frac{k}{m}}t 由此,我们得出弹簧振子会按正弦函数运动,其角频率是 \sqrt{k/m} ,频率就是 \frac{\sqrt{k/m}}{2\pi} 。
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分享 初中物理的威力:走路原理实验验证
热度 5 岳东晓 2013-9-27 06:33
从不厚鞋底的摩擦系数讨论开始,引发了一系列有趣的问题。我在前面用初中物理分析走路时静摩擦力与步伐大小的关系(参见《 科普:走路的初中物理 》,以及 其续集 ),得出如下结果 这是一个相当简洁的公式,而且相当合理,摩擦系数为0,寸步难行的常识被这个公式牢牢抓住,而且最大步长小于2L,也通过了sanity检验。 上面公式可以改写为 S=\frac{D}{L} =2\frac{ \mu}{\sqrt{1+\mu^2}} ( 如果有读者看不到数学公式请举手 ), 我们称S为相对步长,也就是步伐与腿长的比。将这公式倒过来, 我们得出 \mu = \frac{S}{\sqrt{4-S^2}} . 如果要画个曲线,是这个样子,横坐标是相对步长S,纵坐标是需要的摩擦系数,我们之所以要引入相对步长,并将S,\mu关系倒过来,是为了直观的跟实验结果比较, 有同学对上述初中物理得出的结果颇有微词。物理这东西,你要想不通,即使是初中物理也一样想不通。最好是实验说明。 GOOGLE 是我们的朋友,在网上一搜,找到这篇题为“Step length and required friction in walking”(步行步长与摩擦)的 2008年的论文, http://www.researchgate.net/publication/6135731_Step_length_and_required_friction_in_walking/file/60b7d515a20a67c903.pdf ( Ryan C. Cooper, et al. Department of Nutrition, Food and Exercise Sciences, Florida State University, Tallahassee, FL 32306, USA, Department of Biological Sciences, University of Calgary, Calgary, Alberta T2N 4N1, Canada, Department of Cell Biology and Anatomy, University of Calgary, Calgary, Alberta T2N 1N4, Canada)。这是美国与加拿大两所大学四名研究人员的实验结果,标题顾名思义,就是研究摩擦系数与步长的关系,其方法是找了一些人进行测试。他们得到的实验结果在论文中为图二,我拷贝于下 初中物理 理论的结果与美加大学研究者们的实验结果是相当一致的。 由此可见理论指导的重要性啊。 当然,我们初中物理的理论结果虽然与实验结果定性吻合很好,但是从定量的角度看还是略有区别的,实验中需要的摩擦系数要比理论值稍微小一些。 为什么呢? 我在前面提到,我们的计算忽略了腿自身产生的力矩,这个力矩使所需要的摩擦力减少。而且显然,腿越粗这个修正越大。 可以肯定,把这个因素考虑进去,我们的理论(虽然还是初中物理)将与实验更加接近。 假设人一条腿占全身重量的比例为r (也就是 腿重为r*W),我们的力矩平衡方程为 \frac{1}{2} W L \sin\theta = f L \cos \theta + r W \frac{L}{2}\sin\theta 由此得出, \tan \theta = \frac{2f}{(1-r) W} , 最大值为 \tan \theta = \frac{\mu}{1-r} , 如果我们引入一个量 u=\frac{\mu}{1-r} , 则有效步长公式为 u = \frac{S}{\sqrt{4-S^2}} ,换言之 \mu = \frac{(1-r)S}{\sqrt{4-S^2}} . 也就是说,考虑腿本身带来的力矩之后,步行而不滑倒所需的摩擦系数减少到原来的(1-r)倍。这也验证了一点,腿越重(也就是r越大),所需摩擦系数越小。也就是说,下盘粗的走路更稳。
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热度 5 岳东晓 2013-9-27 01:41
我在前面用初中物理分析走路时静摩擦力与步伐大小的关系(参见《 科普:走路的初中物理 》,以及 其续集 ),考虑一个人步行两脚着地时的情形,其中用到一个显然的结论,就是一只脚承受了一半的体重(当然两脚的情况不完全对称,但基本是差不多的)。 有好学的网友也开始将初中物理用于分析人上台阶时的情况。 如下图,人的体重是W,问题是这时A处台阶给这只脚的支撑力N是多少? 这位网友说,他“老人家”昨晚高烧不止,脑细胞一团浆糊,得出N为体重W,由此他计算出N对B轴贡献的力矩为 W* L(L为大腿长)(注)。 嗯,一脑子浆糊是不能做初中物理题的,同学们看看这个结论错在哪呢? 大家先思考一下,我再给答案。 (我提示一下:什么是失重) 答案见: http://www.zhenzhubay.com/blog-2-18602.html 注:我开始看错了iMan的评论, 以为他将N等于W/2,实际上他以为N等于W,现已更正(当然N=W就更加错误了)
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热度 5 岳东晓 2013-9-26 12:12
人类由四脚爬变成直立行走已经上百万年了,但思考走路的原理的时间并不长。在《 科普:走路的初中物理 》一文中,我们搞清了两个道理:(1)对于人的行走起关键作用的是静摩擦力(而不是滑动摩擦);(2)既然是静摩擦,那么这个脚与地面的相互作用做功为0。 下面是行走时双脚着地时受力分析示意图,其中 f 是静摩擦力。 搞清基本概念之后,其计算也非常简单,我们考虑AB这条腿以 B点为转轴 的力矩:地面支撑力N贡献一个顺时针的力矩,要平衡这个力矩,摩擦力f必须向右。类似的,右边那条腿受到的摩擦力是向左。通过简单高一代数计算,我们得出人能够迈出的步伐D与人的腿长L与静摩擦系数 \mu 的关系为 D=2L\frac{ \mu}{\sqrt{1+\mu^2}} ,结论是摩擦系数越小,能迈出的步伐越小,摩擦系数为0,则寸步难行。 细心的读者也许发现,我们在上述计算中忽略了(1) B连接处肌肉收缩或拉伸产生的力矩; (2) 腿AB重量贡献的力矩。这对于物理原理分析来说是常见的,你得学会忽略次要项,学会抓住本质。 但如果需要更为细致的计算,我们可以分析以上(1)、(2)两项。 好奇的读者可能要问了,如果考虑上图中肌肉的力矩,是否能迈出小步呢? 让我们看看看B处肌肉产生的力矩。这个力矩来自腿正面肌肉收缩,使腿AB绕着B关节处由后向前摆动,也就是说这个力矩是顺时针的、与N产生的力矩同一方向,因此如果我们要考虑这个力矩的贡献,那么需要更大的摩擦力才能防止两腿劈叉。也就是说它对于我们上面步伐大小的公式的修正是负的。 具体的计算就留给读者作为练习了。
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热度 9 岳东晓 2013-9-25 14:23
什么叫走?看过竞走比赛的都知道,走的定义是必须有一个双脚着地的阶段。假设此时人摆上这个姿势不动,我们来分析一下受力情况 左边的这只脚踩在地上,它受到地面的作用力是什么方向呢?肯定有一个向上的力,来支撑人的重量。另外一个是摩擦力,问题是(1)这是什么摩擦力;(2)方向朝哪边? 答案是(1)A受到的是静摩擦力---我们假定脚在地面没有打滑;(2)A受到的摩擦力方向是向右。 为什么?让我们看AB这条腿,以A为轴心,可以看出B点受到向下的力形成一个顺时针的力矩,AB本身的重量也形成一个顺时针的力矩,而要抵消这个力矩,B点关节必须给这条腿一个向左的水平力,而要抵消这个向左的力,A点必须有一个向右的摩擦力。 你也可以以B为轴心看这个问题可能更清楚,A点受到地面向上的支撑力为人体重的一半,这个支撑力产生一个顺时针的力矩,要抵消这个力矩,A点必须有向右的摩擦力。 类似的,右边这只脚受到向左的静摩擦力。这一点,从对称性就知道了。 如果没有摩擦力,这人如果想保持这个姿势,就会来一个劈叉。很痛苦的。怎么回事? 如果静摩擦力不够,脚底就开始在地面滑动,而滑动起来,腿分得更开了,而躯干下压对AB造成的力矩越大,这个两腿分开的动作越加迅速。 图中的人要向左行走,必须有足够的摩擦力推动右边那条腿由静止向左运动(通过脚跟抬起,使得右边的有效长度增大,静摩擦相应增大),实现与左边那条腿交叉,两脚也实现前后交换,如果静摩擦力不够,那么右边那只脚就会出现向后打滑,使两脚距离反而增大。 不用计算也可以看出,脚步卖得越大,需要的摩擦力越大。换言之,摩擦力越小,能走的步子越小。 初中物理一般只需要定性地讲讲,要计算可能要用高中一年级物理了。假设上图中腿AB与垂直线的夹角为 \theta , 人体重为W,腿长为L,那么以B为转轴的力矩平衡方程为 (忽略腿重) \frac{1}{2} W L \sin\theta = f L \cos \theta 因此, \tan \theta = \frac{2f}{W} 静摩擦力最大值为 \frac{1}{2}W \mu ,其中 \mu 为静摩擦系数。因此 \theta 最大值为 \tan^{-1} \mu ,因此最大步伐为 2L\sin(\tan^{-1} \mu)=2L\frac{ \mu}{\sqrt{1+\mu^2}} 由上可见,当静摩擦系数为0时,最大步伐为0,真可谓寸步难行。 PS 答疑参见: http://www.zzwave.com/home.php?mod=spaceuid=2do=blogid=18560 实验结果参见 http://www.zzwave.com/blog-2-18578.html
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热度 17 四合院的闲人 2013-7-27 11:21
“ 发小”情结 ——记录初中同学聚会
“发小”情结 ——记录初中同学 聚会 四合院的闲人 都说“发小”是人生中最难能可贵的朋友。 一天清晨,一群有着花白头发的“发小”们聚在了一起。这群人是从小在一个胡同或者什刹海周边长大的、毕业于北京某中学的初三、二班的同学们。 虽然只读了一年多的初中,但也是人生的一段经历,无法磨灭 。 这是有史以来全班的第一次聚会,有超乎想象的意义。 班主任王老师作为特约嘉宾,加入到我们中间。京味楼餐馆二楼的三个套间里,空气中弥漫一股戏剧性的喜气,出现辨认、识别老同学的热闹场面。每一位走进房间的人,都被大家细细地打量,睁大眼睛端详着,猜测:他或者她是谁? 难怪,有的同学——自翩翩少年时分别后就未曾谋面,还有黑龙江兵团、内蒙兵团知青返城后就失去联系的同学们。数十年的光景,把幼稚的孩童已经磨练为成熟的、历尽风雨的中年人。 “你变化太大了!” “你没怎么变啊?” 完全不同的语言,道出一丝丝地遗憾。 “走在大街上,一定认不出你了。” “咱们多久没见了?” “岁月如梭啊!” 感叹和别后的兴奋,难以言表。 “我想死你了!” “梦里见过你呢!” 悄悄的私语,道出内心深处的思念。 有的同学必须自我介绍,大家才能认出。而特征明显的同学一出现,就被喊出名字。 他,带着石油人的豪气从河北任丘进入大家眼帘,这是来自最远城市的同学。 秀英是聚会的“礼物,之前,仅知道她从兵团返城就居住在天津,大家到处寻找,却毫无结果。直到面带笑容的她,走进门,大家一阵欢呼,找到了,找到了!真是“ 梦里寻他千百度,蓦然回首,那人就在灯火阑珊处 ”啊! 聚会的想法是我们几位同学在教师节前夕,拜访王老师后产生的,并且得到许多同学的支持和响应。 我们想起许久许久——一晃竟然 数十 年,没见过的老同学和发小们。到 2012 年, 47 位初中同学,除离世 2 人外,那 45 位老同学,他们都好吗? 他们都在哪? 他们退休了吗? 当爷爷奶奶姥爷姥姥了吗? 他们都在做什么? 扪心自问:我们还能见面多少次呢? 让人惊奇的是,瑛和马准确地忆起全班同学的名字。当年的班长喜田承担起召集人的责任,全体同学们相互寻觅,终于与 37 位同学取得联系,实现了我们的首次相聚。 大家都说,男生变化最大,个矮的长成大个,瘦的变成胖的,胖的变成瘦的。女生个个注意保养,神态安详。每位同学都自然随和、充满活力。 班长喜田请大家入座。王老师讲了“三祝”的开场白,一祝身体健康,二祝家庭和睦,三祝心想事成。大家一同举杯庆祝这美好的一天。 十二位男生围坐一起,斟满白酒,品尝京味菜肴,频频碰杯,祝贺今日相逢。他们聊着童年的往事和分别后的经历,略显沧桑的脸上泛起红晕。 曾是班里最淘气的三位男生,来到班主任旁边,举杯恭敬王老师的同时,一句“对不起”,让人费解。原来 当年复课时,他们总能找出老师讲课中出现的破绽,如语病、错词等等。当年,十四、五岁接受新事物最快的我们,在外界环境熏陶下,难以分辨真伪,把“最高指示”当成识别一切的真理,找老师的岔儿似乎就是革命的行为。 王老师露出吃惊的表情,这几位当年坐在前排的小个子男生,还能想起那样的事情,她急忙起身说:你们那么小,只是淘气而已嘛。说实话,咱班啥事也没有发生,很不错呢。听了老师的话,大家都开怀大笑起来。 今天再回首当年的我们,何等幼稚可笑?!老师的大度开朗,对我们这届学生爱护有加,令人敬佩。曾清晰地记得王老师给身处边疆的我们来 信,有鼓励也有鞭策。桃李满天下的王老师,对仅在校读书一年半的同学们,仍能回忆起当年班里的许多细节。 全班参加聚会28人,大部分都是小学同学,按北京人所说是“发小”。 因为 童年、少年时期有过共同的生活经历 , 是 同住一个院 、一条胡同 ,在一个墙角逮蛐蛐,一起 捉迷藏 , 跳间,跳皮筋, 拔萝卜, 爬房上树,偷吃零食 的伙伴 。人们常说: 发小之间的友谊,常常不亚于 亲兄弟姐妹 之间的感情。 那年全班有30多位同学一起上山下乡,同年、同月、同日成为支边的北京知青,共同的边疆数年风雨磨练,更成为我们刻骨铭心地经历和阅历。 谁也没有想到我们一别竟是数十年。这个世界,特别是中国在近30多年的改革开放中,发生了多么大的变化啊!这些年,我们曾经上山下乡;留城就业;我们风尘仆仆返京;面临下岗危机、重新择业;我们在商海中挑战能力和极限;我们经历身体的病痛;鼓足勇气坚持生活;我们遵守国家法律只养育一胎孩子;我们还承受家庭“上有老下有小”的责任 …… 。 尽管我们大多生活在北京,但每个人的经历和走过的路却是曲折不平,也是丰富多彩的,编成故事,三天三夜描述不完。我们这代人随着中国的起伏而动荡,随着中国的发展而变化,随着中国历史的进程而前行,这也许就是我们存在的必然,也是我们的命运吧。 童年 、少年 结下的 “ 发小 ” 情 ,纯真、可贵 , 让人觉得踏实、安全 。正如 著名作家老舍在《想北平》文中所写:我所爱的北平不是枝枝节节的一些什么,而是这个儿与我的心灵相粘合的一段历史,一大块地方,多少风景名胜,从雨后什刹海的蜻蜓一直到我梦里的玉泉山的塔影,都积凑到一块,每一小的事件中有个我,我的每一思念中有个北平 …… 。 如今到退休年龄的我们,更加渴望真实地,朴实诚恳地,充满爱心地生活。爱北京、爱朋友、爱家人、爱一切可以信赖的人们。相信我们所共同拥有的那段时光和成长过程,有一些“ 心灵相粘合”的历史, 可以支撑我们相互之间的友情,提高生活的内涵和友谊的质量。 也许,这就是我们聚会的真谛。 ——北海公园 ——写于北京
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分享 真實的江湖!聽“龜息大法”傳人講述真實的武林生活
热度 1 天涯过客 2013-7-23 15:44
真實的江湖!聽“龜息大法”傳人講述真實的武林生活 【中國新聞周刊網綜合報道】“初中畢業後,我突然發現自己除了練功之外實在不知道該幹什麼了!” 回憶當時情景,周亮有點尷尬︰“每天一早起來給水缸挑滿水、吃飯、下地幹活。做好一切就發瘋練武,這樣心理壓力就緩解一些。” 痴迷武術的周亮說。現代社會,很少有人能全心練武。就像西游記中,孫悟空可以灑脫自在地尋仙問道,而守在菩提祖師山下的那位年輕人,卻要擔負撫養老母的責 任,沒辦法去拜師學藝。   在很多人眼中,那些練武的人似乎很荒唐。尤其是並不屬于哪個武林門派,只是和我們生活在一起的人。    為了練功,周亮整宿地到樹林里站蹲,下河里打樁,村里人看見了直搖頭︰“不學無術,神經病了吧!”听說別人可以徒手擊斃公牛,周亮也想練練。但家里沒有 牛,他就把家里惟一的一頭驢拉到空地里練,時不時地把驢摔得直叫喚,別人拉也不敢拉勸也勸不應。還有一次,周亮和一個伙伴拿了兵器,一大早就去野地練功。 半路遇上一位騎著自行車去賣西瓜的,他遠遠看見前頭兩個拿刀拿槍的家伙,以為是打劫的,嚇得立馬從車上跳下來,結結巴巴地問︰“大……大哥……要吃西瓜 不?”周亮說︰“不用了,你過去吧。”那人戰戰兢兢地推車過去後還不放心,回過頭來說︰“要不,我給你們撂倆?”說罷真的扔下兩個西瓜後才騎車飛奔而去, 周亮又成了“劫匪”!那時周亮成了人們眼中的異類,“大家見面就叫我‘武呆子’……”   如今,周亮現在在北京開了自己的武館,還是四川女子特警隊名譽教練,中國保健協會養生專業委員。他原籍著名武術之鄉河北滄州,秉承中國傳統武林絕技,被譽為“從武俠小說里走出來的奇人”。   2007年北京法制晚報上曾報道他的五大絕技︰   護體功(金鐘罩鐵布衫)   特點︰經長期抗擊打練習而成,渾身任憑拳打腳踢,腹背承受鐵錘掄砸,平臥地面抵抗千斤重壓,在吊頸懸空的情況下擊斷木棒。   風雷絕手(鐵掌功)   特點︰掌力渾厚與犀利兼具,可以削斷平放在豆腐上的石板,拍斷豆腐下的紅磚,出手將人擊垮。   履雲漫步(輕功)   特點︰身體輕盈敏捷健步如飛,腳站鴨子隔山望景,踩在青蛙背上金雞獨立,浮萍泛舟,踏席過20至30米寬的水面。   奇門遁術(縮骨功)   特點︰江湖秘傳困境逃生,被拇指粗的繩索反背五花大綁,在3至5分鐘內脫縛而出;脫銬、鑽過狹窄的鐵柵欄。   龜息大法(閉氣)   特點︰在兩米深的土中活埋數小時而安然無恙。   這位奇人認識到中國武術很多內在的門道。在他看來,民間的江湖是個什麼樣子?又該如何理解武術的作用?   摘編自《問道》    過去有個說法叫文武之道,文武合在一起是個斌字,文乃偏旁,武才是主體,斌字有知行合一的意思,行大于知。所謂的文化大多指的是思想範疇在事物上的起 用,武術更多是用軀體語言直觀表達出來。所以在中國歷史上,以書法名聞于世的王羲之官至右將軍、詩仙李白曾仗劍在山中刺虎,像我們知道的周瑜、岳飛、辛棄 疾皆為文武雙全的大家。他們都是有風骨的人,成為一個民族的符號。    布衣武術    有一年我去武漢拜訪李文濤,他們祖先為逃避滅頂之災,從江西遷移到湖南沅江與益陽交匯處的龍甲山,扎根繁族,隱居安度。李氏家族歷來有打鐵工匠,鍛制精 湛的兵刃,手藝超群不外傳。李文濤的游刃堂承繼了全盤通手千變機要,帶鉤的用鉤法,帶刺的用刺法,鋒利的巧妙和豁口的運使爐火純青。   但在當代社會,他卻混得很慘,作為武鋼的一名工人,前幾年遭遇下崗,生活非常拮據,就這樣他在路上看到不平事也是揮以老拳。他的武藝是古傳殺人技術,就冷兵短刃的嫡傳來說,我在中國未見出其右者。    李文濤的奶奶曾經是清末民間白蓮教組織的重要人物,人很潑辣,綽號紅杜鵑,1972年去世,當時來了許多頭上盤布巾的壯年人,胸背有紋身,手舉印有蓮花 和獸形圖案的幡旗。殤席上一位老爹爹,在桌上因為話語酒興起爭議,他不服老憤然離席,將一雙竹筷子揚手飛擊,扎進門前桃樹干上,就先告辭,拖都拖不回。   李文濤的爺爺愛抽煙,煙嘴和煙鍋銅制的,中間是竹節長煙桿,隨手就成了一件防身兵器。老人玩煙桿,速度飛快,他跟孫子逗著玩,讓李文濤去拿東西,手剛摸上,還沒拿起來,他就用煙鍋給磕掉了。   李文濤的父親自幼習武,棍枝超群,同樣使棍對搏,他能幾招將對方手上家伙洗掉。他使繩索倒茅爪取物回手更是一絕,百發百中,撒網捕獵在當地聞名。1958年大躍進搞建設進了武鋼,在艱苦的環境里用他所掌握的技能在工作中運用,得到全廠工友的欽佩,並傳為佳話。    李文濤掌握的手戈和飛斬,依照祖譜尺寸打制。匕首是單刃,短劍的話就是雙刃,手戈和飛斬是短兵之母,三刃兩尖或是三尖兩刃,最適合近距離搏殺,上掛下 豁,出手攻擊喉嚨、心髒,再就是臂腿的大動脈,相當凶悍。如果你逃脫了這一下,他可以投起來飛擲,就是跑出個十米遠的話,那麼他殺進去的那個力度,能把人 釘在地上。殺進去還有取出來,都要有方法,取器你不懂,越拽傷口劃的越大。手戈和飛斬過去屬于官府的禁器,打鐵就不讓打,要打這個東西的話,那你就是犯 法。   手戈和飛斬的玩法,要是沒有掌握一定的火候,很容易把自己弄傷。李文濤在大腿兩邊的褲子上,縫了兩塊擦了油的布,每一次玩的時候都要在上面刮蹭兩下,他稱之為封油。封油後抹人沒感覺,就會倒下。   我和李文濤在一起交流的時候,不約而同地嘆息,真正的中國武術太凶險了,一個年輕人開始練武時還敢爭第一,練到最後沒有人再敢說自己是第一。中國的門派之豐富、技術之繁雜,真是匪夷所思,能夠殺人于無形之中。說句實在話,高手從你身邊經過隨手就能要你的命。    黑門武術    早年說行話,功夫有明堂、暗堂之分。練把勢要謀個出身,為公的當差捕快,為私的走鏢護院,或是戳桿子授徒,打把勢賣藝,統稱明堂。見面拱手,要問對方︰ 搞什麼明堂?與之相對的是暗堂,習練“高來高處走、低來低處流”的技藝。明堂可以公開演練,暗堂的玩意,則不能隨便顯露。   江湖上很多下三濫的技術。傳統講上三門、中三門、下三門,稱“殺、盜、淫”為下三濫。技術無高下,人品有高低。我們看唐代傳奇,明清小說,乃至燕子李三,俠盜通常會有些不齒的行為。   黑門秘技有兩類,分別叫“飛天”和“遁地”。“飛天”是要輕身負重,演習八步蹬空,達到竄房越 、飛檐走壁的能耐。“遁地”是說縮骨疊筋,磨練縫隙藏身,以圖鑽窗爬洞、隱匿逃脫的行為。除此以外,還要精通易容化裝、封氣閉血、暗器藥功等,以求自保。   我當年在家鄉踢騰,打拳弄棒,有人跟我說你必須要去找某某某,他在鄉間做廚師,在油鍋里炒菜、炸花生、炸肉丸,直接下手,從不用勺子鏟子。這樣我有幸尋訪到了宮黃鼬的傳人。說宮黃鼬沒多少人之道,說他師弟民國飛賊燕子李三,那是赫赫有名。   燕子李和宮黃鼬,春蘭秋菊,各擅勝常李三的燕子綽號,是夸他“飛天”超眾;黃鼬民間俗稱黃鼠狼,這是稱贊宮二“遁地”出群。李三性格張揚,恣意妄為,聲滿天下。宮二蝸居鄉野,謹守規矩,連家人鄰居都隱瞞,默默無籍。    我小時候在農村,听人說宮黃鼬的故事,非常驚奇。富戶夜晚被盜,雞不叫狗不咬,天明起身檢查門窗緊閉,這是什麼回事呢?以前人迷信,不疑是賊,猜測招惹 了仙狐鬼怪作梗。那麼宮黃鼬究竟是怎麼潛入的呢?原來竟然是從煙筒鑽進去,穿過土炕,再從 黑的灶堂口爬出。得手後,原路返回。河北農村的煙筒細長一線, 如果不是親眼得見,誰敢相信能有如此的行徑。    還有一次,大年三十,某家煮餃子,主婦覺得差不多了,停止燒火,到里間屋取碗,出來正要盛,一掀鍋蓋,赫然發現鍋里一個人頭骷髏,餃子全都不見了。當時 就炸了廟,一家子驚恐萬分,由此嚇病了三人,年也沒有過好。據說是宮黃鼬替人出頭,惡作劇戲耍仇家,提前從煙筒爬進去,縮身藏在桌子下面,趁主婦取碗的空 當,鑽出來把餃子撈走,扔下一顆帶去的人頭。    過去走江湖,講究能進能出,進入一個房間後,如果不想讓別人進來,還要懂封門術,把門窗都封祝這個東西在歷史上曾經被很多信徒當成一種神秘法術,其實說 破了很簡單,就是把白紙裁成幾寸的紙條,截十二張,窗子是方的,上面三張、下面三張、左右再各三張粘住,十二張紙條粘住之後,上千斤的力量都打不開。我們 都知道,紙一撕就能斷,但是如果紙面承擔壓力的話會超過你的想象。十二張紙條把門窗全部封住,門都不用鎖,外面想進根本進不來。    八十年代的時候,有個武術名手在鄭州換乘火車,看到小偷就抱打不平。小偷說,好,你等著。當天晚上他住在火車站旁的小旅社,結果第二天早上醒來發現門窗 全都關著,他的衣服、錢包、包括被子全被人抱走了。河南鄭州的小偷請來了能人,意思是我們做生意,你們武林人士敢來搗亂,此舉旨在告誡,別說拿你的衣服, 就是要你的性命也易如反掌。    皇家武術   我在北京結識一老哥,名叫柴秀林,行伍出身,五大三粗,老家河北邯鄲的,五十多歲,市里有房子,八達嶺有別墅,開著豪車。他喜歡找人玩武術,但找不到能玩到一起的。我倆認識後,很投緣。我管他叫柴老師,他說叫老師干什麼,叫哥!    這家伙愛喝酒,一斤白酒下去沒事。剛開始我以為他是個粗人,沒文化。他請我去他的別墅玩,結果一進門,給我震住了,玄關那里有一個標志,居然是古代帝王 喝酒用的金樽。我說,很多武術門派、場館、協會什麼的,都弄個太極八卦的符號,你怎麼會用金樽作標志?他說,老弟,咱這是皇家武術。我說,沒听說有幾個皇 上練武術的吧,怎麼個皇家武術?    他便從頭娓娓道來,說過去皇族教育,請天下最好的文才武師,後來流俗了,落到社會上,叫洪門。中國叫洪門的非常多,大都跟朱元璋年號“洪武”有關,清朝 佔領中原,當時很多義士抱定反清復明的決心。洪有廣東的火洪,西北的土洪,湖北的流水洪,等等。後為避諱朝廷,有的易名為“紅拳”。    柴哥技藝全面,理論上獨樹一幟,有別其他。我們之間相互考究,非常好玩。他開車接我出去喝酒,我故意逗他,現今社會上一幫知識分子反對中醫,經絡首當其 沖,現代科技探測不出來呀,柴哥你解釋下經絡是有還是無?我當然知道經絡有,我就是要他個闡述,這個有點像禪宗的問話,別人講過的你不要講,說你的獨到見 解,我要印證。柴哥抬頭環視酒館,馬上跟我說,兄弟你看,酒館是個大房間,里面有很多小包房,那麼我請問你,通往包房的路,算是房間呢?還是算路?我要的 就是他當下這種不假思索、就地取材的能力,非通透者不能靈活運用。    柴哥的洪拳,功架純熟能開經絡,開經絡即是開陰陽,為連接人與大自然的樞紐,由人盤勞宮開啟,下注至地盤涌泉,再上升至天盤百會,酸疼癢懵麻,五覺過 後,五行復命,由養身起,至健身、美身,再至防身、積身,最後為長生之道。過去帝王是很惜命的。“九宮八卦五行,陰陽雙拐神功,練之如雲似夢,思之奧妙無 窮。”柴哥所承傳的雙拐技法歷史悠久,可上溯到戰國時代,傳說是鬼谷子為孫臏所創。初唐名將柴紹、中興名將郭子儀,五代後周世宗柴榮,宋代的八十萬禁軍總 教頭王進,水滸好漢柴進皆出自此門。近代代表人則有清嘉慶年間的武探花柴國宇,太平天國武術總教頭柴公舉諸人。    雙拐是十八般兵器里面最難玩的兵器。單兵好練,雙兵不好練;硬兵好練,軟兵不好練;長兵好練,短兵不好練。這個拐子既是雙兵,又硬中有軟,軟中帶硬。另 外,拐子走的路線不是垂直路線,即使是一個軟兵器也是按你的擊打方向走的,而拐子把和身是三角的,往往不按你的打擊方向走,鬧不好就會自殘。他的拐子是用 紅花梨、小葉紫檀做的。我說,柴哥,這樣練不起埃一個拐子便宜的要幾千,好的一兩萬。這個武器是跟人玩命用的。他說,老弟你不懂了吧,這就是皇家武術的特 點,窮人不要玩這個。    道家武術    他是我心中的神——話說道家的這位師父,我所有練習的這些東西,在他跟前大氣都不敢喘。為什麼大氣都不敢喘呢?他不是那種講究尊師重道,逢人就要求彎腰 磕頭的人。九十年代的時候,我跟師父辯論,我屬于比較能說能侃,把師父氣得拍桌子攆我走人,說沒你這個徒弟。他告訴我,就你這樣,到哪里也沒有老師把真功 夫教給你。我那時候年輕不懂事,站在現代武術觀點上,去衡量古老的、淳樸的技藝。好比用油畫的視野,指責國畫的工筆勾勒和潑墨寫意。    2005年,在經歷了很多人生磨練後,我突然想明白了,就回去看師父。幾年沒見,他在街上迎面走來,我恭恭敬敬地雙腿一跪,“師父,我來看您了。”當時 他正走著,我往地上一跪,他馬上往旁邊一閃,然後一把把我拽起來,那種真正的中國傳統長者風範。你拜,我攔不住你,但我不受你,往旁邊一閃,把這一拜讓給 天地。    我師父教過很多人,他們守著一座金山,可有些東西就是拿不走。為什麼拿不走,不配。後來我到了北京,有的人想跟我聊武術,我說,想聊武術,你配嗎?有的 人還想聊道,那就更不配了,連我都不配。為什麼呢?現在人的意識已經被經濟大潮改變了,花錢就想買到東西。我說的這個不配是什麼意思呢,漂亮姑娘每個男人 都想追求,可是,你不看看自己是什麼德行?人家憑什麼要嫁給你?天山上的雪蓮好吧,你要拿整個生命做代價去追求。    所以在我眼里,道也罷,武之術也罷,都是神聖的。我涉獵越多,探究越深,就越敬畏。當然了,我那個時候配了嗎?我跪下來。他一眼就能看出來,我和幾年前 完全不一樣了。當時反目拍桌子走的,一走好幾年,突然回來就在地上“   ”磕頭。師父直接帶我到屋子里,面授機宜。你看佛道、武林那些傳說故事里面,都 有這樣的,那都不是刻意演繹出來的,你的心態變化了,你的氣質精神煥然一新,明眼人都看得出來。    為什麼我說我在他跟前連個小手指頭都算不上?有一次我跑去找他,他正在拎水、搬磚。他們家在壘影壁牆,我插不上手,我說過幾天再來。師父說你別走,到屋 里來。我每次去看師父必定能學到東西。真正的武術師徒關系,是活潑潑的,不是現在有些所謂的宗師,頤指氣使的樣子,讓人敬而遠之。我每次去,師父從不讓我 空著手走。他打開一個抽屜往外掏,我琢磨他掏什麼呢,結果掏出個暗器。我當時有點不自在,說我基本上用不著這種小東西……師父看到我的神情,說,哦,你想 學神功啊,這個暗器呢,是一個小技術,小把戲。可是我問你,神功能讓你更牛,這個暗器卻能在危險的時候救你一條命,究竟是牛重要呢,還是你的命重要?   我當時驚得滿身的冷汗,要說背《道德經》、《金剛經》我張口就來,什麼“有無相生”,什麼“平等心”,什麼“無我相、無眾生相”。他只上了小學二年級,基本上等同于不認字,但是人家拿一個暗器,一把就抓住了我狐狸尾巴︰原來你還有這樣的分別心。當下截江斷流。   後來我看到儒家後人說︰非我注六經,乃六經注我。孔夫子要求做到的,我都做到了。在師父身上,他揚眉瞬目輕敲慢打,皆具道家風範,言談舉止完全符合《道德經》。其實他根本讀不下來《道德經》,他也不會去闡釋講述。但反過來看,《道德經》是在給他的行為做注解。   現在很多人說,哪有什麼高手真人啊......那是你肉眼凡胎看不出來,釋迦牟尼重返人間的話,你看到的也就是路邊一個要飯的乞丐,孔子在你眼里也只不過是一個落拓的民間教育工作者而已。
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热度 17 鱼雷一号 2012-6-28 00:21
杰和我是几十年的好朋友了.我们的友谊从初中就开始.他家和我家的故事,我们都了如指掌.今天要讲的不是杰,而是杰的表哥. 杰的母亲和这个表哥的母亲是亲姊妹.所以杰管她叫姨妈.杰母亲的娘家解放前在重庆是大户人家,父亲是国民党的高官,母亲(杰的外婆)是富商之后,解放前,在重庆是数得着的名门之家.随着蒋家王朝的土崩瓦解和新中国的成立,杰母亲的娘家从天上落到了地狱.命运翻了个个儿.杰的外公被枪毙,外婆上吊自尽.家产被没收,一家人被扫地出门.杰的姨父被判劳改20年,后来死在劳改农场.好在杰的母亲那个时候在上大学,后来嫁给了杰的父亲,一个工农出身的老干部.命运没有再恶化下去. 杰的姨妈是家里的长女,泼辣能干,在家顶了大半个天。面对时代变迁带来的生活动荡,姨妈仍然不改那刚毅的性格,带着儿子独自挑起了生活重担,姨妈就含辛茹苦地拉扯儿子(杰的表哥)长大.。杰说,他和表哥从小只怕这个姨妈.说话一贯是说一不二,没人敢唱反调.但历来政治运动也因为她的性格使她吃了不少苦头。 杰的表哥在高中时候就和班上一个女生谈上了恋爱,女孩的父亲是个"走资派",被打倒后送到五七干校劳动.但这事儿一直都瞒着他母亲.二人后来一起下乡,再后来一起考上同一所大学.毕业后,两人年龄都不小了,决定把恋爱一事告诉双方父母,如果顺利,就准备结婚. 女孩的父亲那时被解放出来,官至副市长。两人都认为,这段婚姻的难点应该来自女方的家庭。果然,当杰的表哥和女孩一起登门造访未来的岳父母时,遭到了两个老人的反对,理由当然是表哥家的家庭背景,这样的背景,在当时来说肯定让杰的表哥没有任何政治前途。弄不好,一有风吹草动,女儿和女方家庭还要受牵连。女儿见到父母的态度,使出了杀手锏,如果父母不同意,她以后再也不回这个家。最后,副市长夫妇只得服软,同意了这桩婚事。 表哥和这个女孩取得胜利后,信心大增。带着女孩去了他家,让母亲看看这个将来的儿媳妇。母亲对这个女孩倒还客气,该招待招待,只是只字不提是否同意他们婚事。临走的时候,淡淡地对女孩说了句,既然你父母同意你嫁给过来,能否请他们来我家一趟,我有话要对他们说。耶,通常都是男方家上门提亲,这姨妈把规矩倒过来了。但女孩和表哥都没有多想,乐颠颠地回去和那边约时间。女孩的父母虽然对男方家的礼数不太高兴,但为了女儿,也只好屈尊造访。 这天副市长夫妇带了不少礼物登门。两家人老少聚齐。这时候姨妈开腔了,第一句话就是重磅炸弹“这桩婚事我不同意!不是你家女儿不好,而是你家的政治背景”大家当场目瞪口呆,姨妈继续说“我家儿子娶媳妇,第一个先决条件就是要和共产党无牵扯的人家。”这颗炸弹炸闷了在场所有的人。副市长夫妇要不是碍着小女的面子,打电话叫公安局来抓这个现行反革命的心都有了。 结果可想而知。副市长夫妇告诉小女,这桩婚事你就是不再回家,我们也万万不会同意了。 杰的表哥万万没想到母亲这么决断。客人们走后,扑通跪在母亲面前,求母亲收回成命,成全这桩婚事。姨妈对儿子说,不是母亲给你过不去,儿子啊,好好想想,这共产党跟咱家有血海深仇,你怎么就忘本了呢?你就找个捡垃圾的姑娘回来,我也不会说个不字。这事儿就这么定了,不要再多说。 (欲知杰表哥的命运,听我下次道来)
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