上午高数,下午普物。
过去五年的每一个下午,江临都在被力学、热学、电磁学折磨。
可是,物理这东西,一旦往深了走,底层的骨架全都是数学。
前几年高数没啃透的时候,他看普物就像是隔着一层毛玻璃。
遇到微分方程,只能半猜半背。
遇到多重积分算转动惯量或者电通量,就算得磕磕绊绊,很多时候知其然而不知其所以然。
遇到曲线积分、曲面积分,更是像看见一群穿着白大褂的鬼,明明每个符号都认识,连在一起却只剩下压迫感。
他靠着第三次废土那九年打磨出来的硬抗精神,把那些带微积分的物理推导囫囵吞枣地咽了下去。
咽是咽下去了。
但消化得并不好。
很多东西,前几年只是硬塞进脑子里的。
就像一个饿了很久的人,面对一桌菜,不管能不能嚼烂,先拼命往胃里吞。
能活下来就不错了,哪还顾得上什么口感,什么营养结构,什么消化吸收。
现在,高等数学第一阶段闭环。
那些曾经横亘在物理公式里的数学路障,似乎终于到了可以亲手拆平的时候了。
所以,今天所谓的验尸,验的不是新鲜出炉的未知。
他要用已经基本成型的微积分手术刀,把他这五年里生吞活剥学下来的大学物理,从头到尾解剖一遍。
看看哪里长了真肉,哪里只是虚胖。
哪里当初靠背诵蒙混过关,哪里其实从一开始就没真正理解。
江临打开一号硬盘,点开【02普通物理】的文件夹。
里面静静地躺着几本不同版本的经典力学教材,有国内通用的《力学》,也有伯克利物理学教程的第一卷。
如果有人问高三的江临,物理哪一部分学得最好?
他一定会毫不犹豫地回答:运动学和牛顿力学。
那可是他在江城一模里拿下满分100分的底气所在。
什么匀加速直线运动,什么平抛斜抛,什么圆周运动。
只要给他一个初始速度,一个受力情况,他脑子里的三维沙盘瞬间就能跑出物体的完整轨迹。
什么公式套什么模型,早就在刷了成千上万道题后变成了肌肉记忆。
但大学课本的开篇,没有那种为了解题而总结的套路公式。
只有两行干巴巴的定义。
【速度 v=dr/dt】
【加速度 a=dv/dt=d2r/dt2】
江临回想起自己五年前,在废土的石屋里第一次看到这两个式子时的心情。
那时候他满脑子高中数理思维,只觉得大学教材是在装腔作势。
速度不就是位移改变量除以时间吗?
用高中那个大写的三角形Δ不就行了,非要搞成微积分的极限形式,简直像是把一句人话翻译成了外星文。
但经历了五年高等数学毒打的江临,今天再看这两个式子,鸡皮疙瘩一下子就出来了。
一种吃了人参果般的通透感,顺着脊椎骨一路往上爬。
高中物理,一直是在一个被人工精心修剪过的温室里打转。
为什么高中题目里,汽车总是做匀加速运动?
为什么平抛运动里,重力加速度永远是个常数 g?
为什么从来不考虑空气阻力随速度变化?
为什么所有力都那么听话,不是恒定,就是线性,要么干脆给你一个图像,让你用面积凑答案?
因为一旦加速度发生变化,一旦力随着时间、位置或者速度不断改变,高中生手里那套用Δ拼凑出来的代数公式,就完全歇菜了。
高中物理假装世界是线性的,是匀速的,是常量构成的。
但真实世界从来不讲这种规矩。
一阵风刮过,风力是随时在变的。
一辆车踩下油门,发动机的输出功率是随转速在变的。
甚至连重力,在火箭升空的过程中,也会随着高度发生变化。
面对这个每时每刻都在发生非线性变化的世界,高中的那套工具,就像是一把塑料玩具铲子。
而现在,摆在江临面前的,是一台重型挖掘机。
【速度 v=dr/dt】
这就是他花了大量时间才啃下来的导数。
导数不是我现在在哪里。
导数是我正在怎样离开现在。
不管你的运动有多复杂,不管你的轨迹拐了多少个弯,只要你把时间切得足够碎,碎到趋近于零的那个瞬间,位置的变化率就是速度,速度的变化率就是加速度。
这才是真正的物理描述。
江临翻到下一页。
牛顿运动定律。
高中课本上,牛顿第二定律白纸黑字写得明明白白,F=。
物体的加速度和它受到的合外力成正比,和它的质量成反比。
江临在Lcd擦写板上顺手写下F=,然后盯着它看。
这五年里,他无数次地重新认识这个公式。
大学课本毫不留情地把高中的窗户纸捅破了。
牛顿第二定律更一般的表述,是物体动量对时间的变化率等于作用在物体上的合外力。
即:F=dp/dt。
如果物体质量恒定,p=。
那么F=d()/dt=dv/dt)=。
高中课本里那个被无数学生奉为铁律的F=,本质上是质量不变这个前提下的简化形式。
江临看着这一行推导,心里忽然浮起一种很复杂的感觉。
高中物理没有骗他。
但高中物理确实隐藏了大量前提。
就像老师在黑板上写下一座桥,却没有告诉你,这座桥下面其实还有密密麻麻的桥墩。
桥看起来很简单。
但要真想知道它为什么不塌,就必须钻到桥底下去看结构。
他下意识想把p=里的当成变量,直接展开成:
F=dv/dt)+v(ddt)。
笔尖刚写到一半,江临又停住了。
他盯着那一行式子看了很久,然后用指甲在Lcd板上轻轻划了一下,把后半截抹掉。
“不对。”
他低声说。
变质量问题不能这么偷懒。
火箭不是一个单纯质量会变的质点。
火箭喷出的燃气带着动量离开系统,本体和喷气之间存在动量交换。真要严谨处理,就必须把火箭和喷出的燃气一起看成一个系统,再去算动量守恒和动量通量。
高中阶段之所以很少碰火箭,不是因为物理学解决不了,而是因为那已经不再是简单的F=。
它背后通向的是变质量系统,通向的是齐奥尔科夫斯基火箭方程,通向的是工程力学和推进理论。
江临没有继续往下展开。
他还没到那个层次。
但他已经知道,自己不能再像前几年那样,看到一个公式就急着套,套出一个看似漂亮的结果就沾沾自喜。
物理学不是符号游戏。
每一个公式都有边界。
每一个简化都有代价。
他忽然意识到,自己过去几年最危险的地方,不是不懂公式。
而是太急着相信公式。
公式不是咒语。
公式只是一份契约,必须先看清它签订时写下的条件。
这就是他和五年前最大的不同。
五年前的他,只想知道答案。
现在的他,开始知道什么地方不能乱答。
“这才是真正的物理引擎。”
江临低声说。
接下来的几天,江临像是一个苛刻的法医,一头扎进了力学的深渊里。
有了高数这把锋利的手术刀,以前那些卡着他脖子的难点,现在迎刃而解。
变力做功?
以前只能算恒力,或者算 F-x 图像里的梯形面积。
现在直接上定积分。
w=∫F(x)dx。
哪怕力随着位置变出花来,积分号一罩,也能一点一点把它剖开。
保守力与势能的关系?
以前死记硬背重力做正功势能减少,弹力做正功弹性势能减少。
现在他明白,势能的负梯度就是保守力。
F=-?Ep。
一个求偏导的算符,就把力和能量的底层逻辑扣得严丝合缝。
他甚至在草稿板上,用微分方程,行云流水地推导了一遍空气阻力下的落体运动。
这可是他前几年半懂不懂的顽疾。
假设空气阻力与速度成正比,f=-kv。
物体的运动方程就是:
-kv=dv/dt)。
这是一个典型的一阶线性常微分方程。
如果高数没学好,看到这个方程只能干瞪眼。
但现在的江临,熟练地分离变量,两边积分。
dv/(-kv)=dt/
推导过程在Lcd板上飞速流淌,没有任何滞涩。
很快,他得出了速度随时间变化的函数解析式。
v(t)=(/k)[1-e^(-kt/]。
当t趋近于无穷大时,e的负无穷次方趋近于零。
那么极限速度:
vx=/k。
这当然不是
过去五年的每一个下午,江临都在被力学、热学、电磁学折磨。
可是,物理这东西,一旦往深了走,底层的骨架全都是数学。
前几年高数没啃透的时候,他看普物就像是隔着一层毛玻璃。
遇到微分方程,只能半猜半背。
遇到多重积分算转动惯量或者电通量,就算得磕磕绊绊,很多时候知其然而不知其所以然。
遇到曲线积分、曲面积分,更是像看见一群穿着白大褂的鬼,明明每个符号都认识,连在一起却只剩下压迫感。
他靠着第三次废土那九年打磨出来的硬抗精神,把那些带微积分的物理推导囫囵吞枣地咽了下去。
咽是咽下去了。
但消化得并不好。
很多东西,前几年只是硬塞进脑子里的。
就像一个饿了很久的人,面对一桌菜,不管能不能嚼烂,先拼命往胃里吞。
能活下来就不错了,哪还顾得上什么口感,什么营养结构,什么消化吸收。
现在,高等数学第一阶段闭环。
那些曾经横亘在物理公式里的数学路障,似乎终于到了可以亲手拆平的时候了。
所以,今天所谓的验尸,验的不是新鲜出炉的未知。
他要用已经基本成型的微积分手术刀,把他这五年里生吞活剥学下来的大学物理,从头到尾解剖一遍。
看看哪里长了真肉,哪里只是虚胖。
哪里当初靠背诵蒙混过关,哪里其实从一开始就没真正理解。
江临打开一号硬盘,点开【02普通物理】的文件夹。
里面静静地躺着几本不同版本的经典力学教材,有国内通用的《力学》,也有伯克利物理学教程的第一卷。
如果有人问高三的江临,物理哪一部分学得最好?
他一定会毫不犹豫地回答:运动学和牛顿力学。
那可是他在江城一模里拿下满分100分的底气所在。
什么匀加速直线运动,什么平抛斜抛,什么圆周运动。
只要给他一个初始速度,一个受力情况,他脑子里的三维沙盘瞬间就能跑出物体的完整轨迹。
什么公式套什么模型,早就在刷了成千上万道题后变成了肌肉记忆。
但大学课本的开篇,没有那种为了解题而总结的套路公式。
只有两行干巴巴的定义。
【速度 v=dr/dt】
【加速度 a=dv/dt=d2r/dt2】
江临回想起自己五年前,在废土的石屋里第一次看到这两个式子时的心情。
那时候他满脑子高中数理思维,只觉得大学教材是在装腔作势。
速度不就是位移改变量除以时间吗?
用高中那个大写的三角形Δ不就行了,非要搞成微积分的极限形式,简直像是把一句人话翻译成了外星文。
但经历了五年高等数学毒打的江临,今天再看这两个式子,鸡皮疙瘩一下子就出来了。
一种吃了人参果般的通透感,顺着脊椎骨一路往上爬。
高中物理,一直是在一个被人工精心修剪过的温室里打转。
为什么高中题目里,汽车总是做匀加速运动?
为什么平抛运动里,重力加速度永远是个常数 g?
为什么从来不考虑空气阻力随速度变化?
为什么所有力都那么听话,不是恒定,就是线性,要么干脆给你一个图像,让你用面积凑答案?
因为一旦加速度发生变化,一旦力随着时间、位置或者速度不断改变,高中生手里那套用Δ拼凑出来的代数公式,就完全歇菜了。
高中物理假装世界是线性的,是匀速的,是常量构成的。
但真实世界从来不讲这种规矩。
一阵风刮过,风力是随时在变的。
一辆车踩下油门,发动机的输出功率是随转速在变的。
甚至连重力,在火箭升空的过程中,也会随着高度发生变化。
面对这个每时每刻都在发生非线性变化的世界,高中的那套工具,就像是一把塑料玩具铲子。
而现在,摆在江临面前的,是一台重型挖掘机。
【速度 v=dr/dt】
这就是他花了大量时间才啃下来的导数。
导数不是我现在在哪里。
导数是我正在怎样离开现在。
不管你的运动有多复杂,不管你的轨迹拐了多少个弯,只要你把时间切得足够碎,碎到趋近于零的那个瞬间,位置的变化率就是速度,速度的变化率就是加速度。
这才是真正的物理描述。
江临翻到下一页。
牛顿运动定律。
高中课本上,牛顿第二定律白纸黑字写得明明白白,F=。
物体的加速度和它受到的合外力成正比,和它的质量成反比。
江临在Lcd擦写板上顺手写下F=,然后盯着它看。
这五年里,他无数次地重新认识这个公式。
大学课本毫不留情地把高中的窗户纸捅破了。
牛顿第二定律更一般的表述,是物体动量对时间的变化率等于作用在物体上的合外力。
即:F=dp/dt。
如果物体质量恒定,p=。
那么F=d()/dt=dv/dt)=。
高中课本里那个被无数学生奉为铁律的F=,本质上是质量不变这个前提下的简化形式。
江临看着这一行推导,心里忽然浮起一种很复杂的感觉。
高中物理没有骗他。
但高中物理确实隐藏了大量前提。
就像老师在黑板上写下一座桥,却没有告诉你,这座桥下面其实还有密密麻麻的桥墩。
桥看起来很简单。
但要真想知道它为什么不塌,就必须钻到桥底下去看结构。
他下意识想把p=里的当成变量,直接展开成:
F=dv/dt)+v(ddt)。
笔尖刚写到一半,江临又停住了。
他盯着那一行式子看了很久,然后用指甲在Lcd板上轻轻划了一下,把后半截抹掉。
“不对。”
他低声说。
变质量问题不能这么偷懒。
火箭不是一个单纯质量会变的质点。
火箭喷出的燃气带着动量离开系统,本体和喷气之间存在动量交换。真要严谨处理,就必须把火箭和喷出的燃气一起看成一个系统,再去算动量守恒和动量通量。
高中阶段之所以很少碰火箭,不是因为物理学解决不了,而是因为那已经不再是简单的F=。
它背后通向的是变质量系统,通向的是齐奥尔科夫斯基火箭方程,通向的是工程力学和推进理论。
江临没有继续往下展开。
他还没到那个层次。
但他已经知道,自己不能再像前几年那样,看到一个公式就急着套,套出一个看似漂亮的结果就沾沾自喜。
物理学不是符号游戏。
每一个公式都有边界。
每一个简化都有代价。
他忽然意识到,自己过去几年最危险的地方,不是不懂公式。
而是太急着相信公式。
公式不是咒语。
公式只是一份契约,必须先看清它签订时写下的条件。
这就是他和五年前最大的不同。
五年前的他,只想知道答案。
现在的他,开始知道什么地方不能乱答。
“这才是真正的物理引擎。”
江临低声说。
接下来的几天,江临像是一个苛刻的法医,一头扎进了力学的深渊里。
有了高数这把锋利的手术刀,以前那些卡着他脖子的难点,现在迎刃而解。
变力做功?
以前只能算恒力,或者算 F-x 图像里的梯形面积。
现在直接上定积分。
w=∫F(x)dx。
哪怕力随着位置变出花来,积分号一罩,也能一点一点把它剖开。
保守力与势能的关系?
以前死记硬背重力做正功势能减少,弹力做正功弹性势能减少。
现在他明白,势能的负梯度就是保守力。
F=-?Ep。
一个求偏导的算符,就把力和能量的底层逻辑扣得严丝合缝。
他甚至在草稿板上,用微分方程,行云流水地推导了一遍空气阻力下的落体运动。
这可是他前几年半懂不懂的顽疾。
假设空气阻力与速度成正比,f=-kv。
物体的运动方程就是:
-kv=dv/dt)。
这是一个典型的一阶线性常微分方程。
如果高数没学好,看到这个方程只能干瞪眼。
但现在的江临,熟练地分离变量,两边积分。
dv/(-kv)=dt/
推导过程在Lcd板上飞速流淌,没有任何滞涩。
很快,他得出了速度随时间变化的函数解析式。
v(t)=(/k)[1-e^(-kt/]。
当t趋近于无穷大时,e的负无穷次方趋近于零。
那么极限速度:
vx=/k。
这当然不是