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从科技美学谈学习动力:为什么吹气冷,哈气热?


作者:佚名       来源于:中国时尚文化网

  美是纯洁道德、丰富精神的重要源泉。没有美的滋养的人生必然是单调的、干涸的人生。为贯彻落实“培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”的新时代教育方针,加强美育工作,提高同学们的审美素养,2023年7月31日上午,夏令营组织了题为《科技之美:学习和科研中幸福感的体会》的讲座。

  讲座伊始,主讲人便抛出了“为什么吹气冷,哈气热?”这一问题,指出正确的学习和研究动机是实现高水平幸福感的前提。紧接着指出,学习和科研的正道上,往往伴随着强烈的美感和幸福感,并以物理学为例,阐述了现象之美、理论描述之美、理论结构之美和科技美中的形象美。最后,通过著名物理学家和化学家法拉第不凡的求学经历,主讲人从动力和方法两个方面讲述了我们应该如何提高学习与科研中的幸福程度

  1、引入:为什么吹气冷、哈气热?

  首先,我们思考一个问题:为什么吹气冷、哈气热?从口中呼出的气体的温度大体是相同的,那为什么吹出来的空气会变冷呢?为了解答这个问题,我们可以做另一个实验,那就是双手合住,在双手之间留出一定空间,贴近该空间朝里吹气时,会感觉到热,而远离该空间朝里吹气时,会感觉到凉,后者与前者的区别在于远离双手吹气时卷入了环境中的空气。所以,我们推测,吹气冷而哈气热的(其中一个)原因是:相较于哈气,吹气时卷入了大量环境中的冷空气而使得到达人手上的气体温度较低。而吹气与哈气的主要区别在于吹气时气流速度更高。

  那么新的问题来了:为什么高速气流能卷入周围的冷空气呢?如果我们把吹出来的气体看作一个气流柱,则可以作出如下解释:气流柱内的气体流速越高,其气压就越低,气流柱内外的压强差就越大,那么气流柱外的空气在压强差的作用下,流入气流柱内,与其中的气体充分混合,使得气流柱的气体温度变低。

生活中可以用伯努利原理解释的现象

犬鼠“利用”伯努利原理

  上述高速气流柱内气压低使得周围冷空气卷入气流柱内的解释,其实就是流体力学领域的伯努利原理。而生活中大量的现象都可以用该原理进行解释,比如在两张纸之间吹气时两张纸会合拢、朝着插入液体中的吸管管口快速吹气时液体会从管口喷出等,甚至我们发现动物都会“利用”伯努利原理来给自己的小窝换气。而当人们掌握了现象背后的规律,就可以利用规律来解决实际问题,比如人们在设计喷壶时便利用了伯努利原理。

喷壶利用了伯努利原理

喷壶工作原理的简易演示

  回到“为什么吹气冷、哈气热?”的问题,以此为基础,我们还可以进一步提问:如果环境温度高于吹出的气体温度会怎么样?如果手是湿的会怎么样?气体高速运动时自身温度会不会降低?……通过不断追问,我们可以进行研究性的学习,甚至可以提出一些科学研究的新问题,由此可能得到原创研究成果。当人们在好奇心、美感体验等的驱使下,成功地认知世界、改造世界,心理上会获得很强的正反馈。正如著名物理学家费曼所说:“对我而言,最大的奖赏,是发现的乐趣、探索的激情以及看到别人运用我的研究成果。




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