王立玮丨曲治邦(之一):水结冰为什么从表面开始?(《师恩如山60年——青岛二中园丁追记》之十七) - 世说文丛

王立玮丨曲治邦(之一):水结冰为什么从表面开始?(《师恩如山60年——青岛二中园丁追记》之十七)

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数学复课的同时,物理也开讲了。
给初二(6)班授课的是曲治邦老师。
听说他毕业于本校高中,好像就比我们高了四五届,因病未报考大学,病愈后二中留用了,许是暂聘吧。曲个头不高,团团脸,笑眯眯的,挺谦和,不知何故6班送他个外号“小桌”,无违和感,反倒都觉得亲切。
“小桌”一登讲台就拿杠杆现象举例,我就有了点儿“吃不饱”的感觉。
小学时就讲过杠杆原理,语文、自然课里大多是结合时事政治讲的,旨在宣告科学知识在农村大有作为,借以鼓动城里学生上山下乡。
所举实例,无非日常生活、劳动中的所见与惯常应用——
两人抬筐或一人挑担,当支点移动,会带来承重的相应变化。推磨、吊杆打水、使用撬杠,甚至在晾衣竿上搭晒衣物……凡此种种,不一而足,其着力点该放在哪儿,都得在物理学里找答案,都属于“科学的普遍应用”。
故弄玄虚,太过抬举了吧?
事实上,如何分配承量更合理,全凭经验,城乡一样。不用教,都会。

猴子都懂“杠杆原理”:见游客把核桃投进笼子,抢到了就跑去开关那山洞铁门,把核桃一一挤碎。凡逛过动物园的有目共睹。
连猴子都无师自通,小小杠杆的应用,有啥大学问?

猜出了同学们的心思,曲老师依旧不动声色,自顾自继续侃侃而谈:物理公式,力×力臂=重×重臂;涉及数学,可以关联上比例式,两内项之积=两外项之积……倘是哪天把自个抽离出来,给你一个支点,大街上任一调皮的孩子,都可以撬动地球。
寻常的一根棍子(杠杆),插上浪漫的翅膀,思绪随之就天马行空、一头扎进了广袤浩瀚、深邃无垠的宇宙:支点在哪儿?人,站位于何处?借助啥玩意儿来充当杠杆?
理论上成立,但从未展开过想象,如今视野豁然洞开,延伸进入了天体空间——好家伙,经他一舞弄,鸟枪换炮了!
朝为田舍郎暮登天子堂:一番开场白,杠杆的身价连同我的认知,一步登天。

曲老师打你的“轻敌”态度,那叫一个“攻心为上”“不战而屈人之兵”:毋须训示,高、大、上的课题随手扔出一个,就逼你刮目相看。直来直去太小儿科,那就别辜负了自家姓氏:曲,弯也。用“弯弯棍”打人,未必打不疼你。

惯性、胡克定律、弹性与范性……物理学最基本的常识。头几节课大体都讲到了。
讲压力与压强时他问:小时候,都见过爆苞米花的没有?
从爆米花又讲到了马德堡试验,循循善诱、深入浅出。
300年前的马德堡试验,小时候就知道。家里有一本《力学图说》,精美的插图显示:16匹马才能拉开两个并拢的半球——那俩半球不大,但严丝合缝给抽成了真空。
那一试验,证明了看不见的大气之客观存在,以及普通人都没意识到的压强之“可怕”;并告诫全人类:尚未经揭示的大自然奥秘,多的是!

很快即讲到了浮力定律:物体所承受的浮力,与它所排开的液体重量相等。
倏忽间不知被哪根心弦扯了一下,就联想到了“曹冲称象”。
从连环图到罗贯中的原著“大砖头”,已读过多遍,还给小学的同位讲过。
曹冲聪明吗?当然。跟阿基米德比呢?完犊子了。
要称一头大象的重量,却没大的磅秤,咋办?
好办。把大象赶上船,在船帮上划下刻度;赶下大象再搬石头上船,待船吃水至同样刻度时搬下石头,称出石头总重,即大象的重量。
聪明吧?小聪明,却未升级、显示为大智慧;形象思维极敏锐,抽象思维却有欠发育、几同一张白纸。大象的重量即所受浮力——现场的“科学场景”已分外直观,呼之欲出却未能破壁。就隔了那薄薄一层,愣是无从穿越;一步之遥,竟咫尺天涯!
跟咱们古代那“勾三股四弦五”如出一辙,都未能由“个别”推及 “一般”,上升、归纳出普遍的公理。

小时看连环画《赤壁大战》,头一页头一句即“1700多年前……”
如今曲老师告诉我们:阿基米德,是公元前3世纪的人。
也即早在曹冲之前400年,阿基米德已创立了浮力定律——得承认差距呵。
“六合之外,存而不论;六合之内,论而不议。”——但凡奥秘的事物,甭管它在天地之内、之外,都没必要去深究。
没错,孔圣人们就这意思。
都说人心不古、礼崩乐坏。可祖先也愧对后人哩。
有些汗颜了:咱这旮旯津津乐道的曹冲称象,不值一提呵。
顺便说一句:作为国际化城市青岛的脸面,香港路上那石雕,真没啥可炫耀的。

一天临近下课,曲老师搞了个突袭:水,为什么先从表面结冰?
顿时就把全班打懵了,像擎着一根半熟的黄瓜,不知该从哪头下口。
“这么着吧——”老师说:“咱换个楔入角度,从头捋一捋。”
全神贯注,都死死盯着老师。
头一问来了:一般而言,“热胀冷缩”是大自然规律,对不对?
众口一词:对。
跟着就来了第二问:也就是说,一种物质它温度越低,其密度越大亦即比重越大——对不对?
依然是众口一词:对!
第三问又来了:有没有例外?
没等下面反应过来,紧跟着就是第四问:比如水。水也是“热胀冷缩”、温度越低比重越大吗?
“不是。”几个角落同时发出否定的声音:“水在4℃时比重最大,课本上刚讲的。”
第五问接踵而至:“既然如此,水温低于4℃的3℃、2℃、1℃直至0℃,越来越冷,比重反倒越来越小——跟自然界、物理学那铁律不符,是不是在拧巴着?”
下面鸦雀无声,面面相觑。
班上聪明孩子多了去了:郭自强、于建国、黄德萍、梁绍庄、宋嘉禾……都是。但都哑炮了,陷入了思考,没人急于举手。
最后一问图穷匕见、单刀直入了:咱绕了一大圈又回到了原点——水的结冰,为什么先从水面开始而不是水底?
曲老师翻腕子看看手表:“马上下课了,就请于建国同学给讲解一下,他是咱们的物理课代表嘛。”说着就带头鼓掌。

于建国站起来,略一沉吟娓娓道来:第一,水的液、固、气三态,在液态的4℃时比重最大,就常识看,显然违背了“热胀冷缩”的规律,但这确乎是个例外。
第二,恰恰因为水在4℃时比重最大,沉到了水底;而继续降温经3℃、2℃、1℃,比重逐步递减、越来越小、渐次上升,及至到了凝固点的0℃,就在水面上结冰了。

回答得怎么样?曲老师翘起了大拇哥,喜不自胜。
在热烈的掌声中,课代表不好意思地摸摸头皮坐下了,抢了老师饭碗一般。
一老师、一同学,我都佩服得五体投地:曲的循循善诱、条分缕析、剥茧抽丝,盖了!于的思维缜密、理解通透、表述清晰,够咱学一辈子。
下课铃响了,曲老师提到了课前的预习:“能吊起食欲,相当于开胃菜哩。”又特别强调了课后的“反刍”:“吃了夹生饭哪行?得让它们充分消化、变成营养。”

课后我一直在琢磨:倘是水在4℃时比重最大不成立,而是全然依了“热胀冷缩”规律一味地越冷越缩、密度越大越下沉水底,那么,冬季的江、河、湖、海,农村的水塘、家里的水缸,结冰岂不要从水底开始?     
也就是说,结冰将由下而上,实实落落冻成一坨冰疙瘩!
问题来了:那样的话,所有水生动物,都能安度严冬、得以生存并延续其物种吗?

水转换为固态在0℃,却又在液态的4℃时比重最大,这与“热胀冷缩”的规律,确实呈现为“二律背反”;但当初没考虑那么多,也就未去穷根究底。直到多年后接触了一丁点儿基督教文化,方有了另外的思考、解读:莫非铁律之下的法外开恩,上帝给下了一道特赦令?
结冰,在0℃的一刻(不违背基本规律)、在水的表面启动了。
结冰,像构筑起了一道保温的屏障,将冰面之下的水温,始终保持在0℃以上;大量的鱼鳖虾蟹等水生动物,得以享有了更为适宜的生存环境。
信仰拓宽了人的视野,我对所谓“唯物主义”“无神论”等等,由此也产生了新的兴趣与认知——这,又是题外话了。

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