郑文像爬虫一样挪动着脚步,他花了双倍的时间才走上讲台。这道题似乎不是很难,然而他已经把相关的知识点都卖给同学了,他的大脑里一片空白。
该怎么做呢?怎么做呢?怎么做呢?
他握紧粉笔,茫然地盯着黑板,半分钟过去了,粉笔头还是一动不动。
这可真是讽刺至极,他自嘲道,一个重生的高材生竟然连一道普通物理题也不会做。
他明智地决定放弃,毕竟成功解题没什么好处,而把解题的能力传递给其他人,发而能得到丰厚的回报。
然而,当他要开口时,老师粗鲁地打断了他。
“郑文同学,你的状态非常不好呀,”物理老师批评道:“你要是做不出这道题,我就要告诉你们的班主任,让他跟你的家长好好沟通沟通了。”
这句话就像晴天霹雳,把郑文的心态轰炸得崩溃了。
请家长?怎么能这么过分?
郑文对自己的父母没有偏见,可是在他的记忆中,父母是非常古板的人,他们不在乎郑文的成绩是否出色,他们在意的是郑文的态度。一旦班主任跟他们沟通上,郑文的末日就到来了。
我可不想被请家长,他把退缩的话咽回去,我一定要做出这道题。
可是,郑文已经把知识点都传递给同学了,他要怎么解答这道题呢?
他在脑海里思索着,更复杂的方法不是没有,比如利用无穷级数求解,或者通过联立方程求解。
然而,这些方法不应该是一个普通的高中生会的。他需要用一个普通的办法解答。
该怎么办呢?怎么办呢?怎么办呢?
郑文苦恼地思索着,老师的脸上已经流露出不耐烦的情绪,留给他的时间不多了。
算了,只能如此了。
在同学们的目光下,郑文硬着头皮在黑板上画出一个坐标系。
坐标系的图案就像一个十字架,郑文在十字架的中央写上两个字:“鹦鹉”。与此同时,他在坐标系的一端写上另一个名词:“火车1”。
接着,他从“火车1”这个点出发,画了一条斜线,让斜线交在纵轴上面,然后,他从原点出发,画了另一条斜线,延长到第二象限。
“郑文,你在乱画什么?”物理老师皱着眉头问:“这是坐标系吗?”
郑文没有直接回答他,他让两条直线相交,然后把直线截断,接着,他告诉老师:“老师,我知道答案了,鹦鹉移动了30km。”
两辆火车相距30km,火车的速度都是10km每小时,那么火车相遇时的时间一定是1.5小时,而鹦鹉的速度是20km每小时,因此郑文的答案是对的。
可是,老师的表情却很不自然,他反问郑文:“你是怎么得到的答案?”
“15km加上15km,就是30km呀。”郑文尴尬地解释:“直线1的斜率是1:20+10,直线2的斜率是1:20-10,他们在横轴的距离是30,那么他们的交点在横轴上的投影就是15,15+15就是答案。”
这下,轮到老师一脸懵逼了。他想了想,又换了一下参数:“郑文同学,你这一定是凑巧得到的,那我换一个参数,现在,一辆火车的时速是20km,另一辆火车的时速是10km,蜜蜂的时速是40km,初始距离还是30km,你再算算。”
郑文不假思索地回答道:“40+20=60,40-10=30,30x30/(60-30)+10=40,所以是40km。”
火车的相对速度是30km,路程也是30km,累积行驶的时间显然是1小时,因此鹦鹉一定移动了40km。
然而,郑文却通过一种奇怪的算法,竟然凑出了正确答案。这让老师骑虎难下。
“郑文同学,你这个方法也许有点道理。”老师涨红着脸说:“你来解释解释你的思路吧?”
郑文尴尬地看着物理老师,又看着全班同学,所有人的目光都聚焦在他身上,这让他有点不好意思。
他迟疑了一会,慢吞吞地解释道:“老师,我的思路很简单,一般的同学思考问题的时候,往往把大地当做静止的,鹦鹉则是运动的,我这里却相反,把鹦鹉当做静止的,其他东西则相对它运动。”
第十章
“你把鹦鹉当做参考系?”老师吃惊地问:“你不能这么做,高中阶段,我们只能选取匀速直线运动的物体作为参考系。”
郑文刚要解释,老师却命令道:“行,你继续说。”
郑文只好继续演示,他指着黑板上的坐标系说:“如果鹦鹉是静止的,火车就相对它运动,如果鹦鹉相对地面的时速是20km,火车相对地面的时速都是10km,那么相对速度就是10km和30km。”
“所以,火车1以10km的速度远离鹦鹉,火车2以30km的速度靠近鹦鹉。直到火车2接触到鹦鹉。”
“郑文同学,我知道了。”
一个戴黑框眼镜的男生举起手,他站起来提问:“所以接下来,火车2以10km的速度远离鹦鹉,火车1又以30km的速度接近鹦鹉。是这样吗?”
按照常识来说,鹦鹉是来回移动的,如果把鹦鹉当做静止的,那么来回移动的就是火车了。
然而,事情没有那么简单。
“你说的不全对,同学。”郑文细心地解释道:“火车2的确在远离鹦鹉,然而它的时速不是10km,而是30km。”
“怎么可能?”那位同学疑惑地问:“火车和鹦鹉的运动方向相同,时速是10km。运动方向相反,时速一定是30km。有什么错误吗?”
这个问题让全班同学沉默了,同学们的注意力一致地集中在这个问题上,甚至连讲小话的同学也沉默了。
郑文扫视着全班同学,他解释道:“如果鹦鹉是匀速直线运动,这个计算没问题。可是,鹦鹉并不是匀速直线运动,当鹦鹉的速度发生改变时,参考系的物体的运动状态也将改变。”
“这就好比两个人并排跑步,他们相对地面的速度相同,以甲作为参考系,甲,乙都是静止的……”
“然而,甲如果突然停下,他相对他自己来说,依然是静止的,但是乙却变成运动的了……”
“所以,如果我们把鹦鹉当做始终静止的物体,那么鹦鹉和火车相遇的瞬间,火车就会有一个额外的速度,这个速度恰好把一部分相对速度抵消了。”
在郑文做出解释后,那位戴黑框眼镜的同学一脸震惊地说:“郑文同学,你说得有道理,你真厉害。”
郑文尴尬地点点头,他继续解释:“此时,火车的运动方向会转向。然而如果我们沿着纵轴做一个对称的话,火车的运动等效于匀速直线运动,在图像上就是两条直线。”
“因此,火车相对鹦鹉的位移就是两直线的交点的坐标。”郑文说道:“这就是第一部分的路程。”
“我明白了,”那位戴黑框眼镜的同学激动地说:“第一部分的路程是鹦鹉相对火车运动的路程,而第二部分的路程,就是火车相对地面运动的路程,两者的求和就是鹦鹉运动的路程。”
同学们听后豁然开朗,鹦鹉的总路程很难计算,但是鹦鹉相对火车的位移很容易计算,同时火车相对地面的位移也很容易计算。而鹦鹉相对地面的位移,就等于鹦鹉相对火车的位移加上火车相对地面的位移,这样一来,问题就大大简化了!
而且,这个计算竟然不依赖课本的公式!这让同学们佩服得五体投地。
郑文看着同学们崇拜的表情,他在心中苦笑道,这哪是他厉害,他把课本的知识点都卖掉了,所以才不得不用这种更抽象的方法。然而,这种方法虽然看似复杂,实际上也仅仅是哈密顿-雅克比方法的简单应用而已,而后者也只是应用了黎曼几何的简单结论罢了。