小问题凸显大道理

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一只盛水的容器固定在一辆小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球，容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态。当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是（以小车为参考系）

A.铁球向左、乒乓球向右

B.铁球向右、乒乓球向左

C.铁球、乒乓球都向左

D.铁球、乒乓球都向右

公共汽车开动时，汽车上的人会向后倾倒。一瓶矿泉水平放在水平桌面上，用手使其向前运动再停下来，处于水中正上方的气泡，在水中会先向前、再向后运动。根据这些生活经验不难判断出,该题答案为A。

可是，要说清这一现象包含的道理，却并不容易！试想，伽利略、牛顿、爱因斯坦三位大师仍然在世，他们会怎么分析这个问题呢？

伽利略曾经通过对接斜面的理想实验，发现了物体的惯性。即：物体保持匀速直线运动或静止状态的性质。上面问题中的水、铁球、乒乓球都有惯性。但乒乓球比同体积的“水球”质量小、惯性也小，在小车突然向右运动时，乒乓球比“水球”更容易被带动，所以，乒乓球相对于水会向前方偏移。而铁球比同体积的“水球”质量大、惯性大，在小车突然向右运动时，铁球比“水球”更难于被带动，所以，铁球相对于水会向后方偏移。所以该题答案为A。

1687年牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，书中指出：物体的加速度跟受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比。这就是牛顿第二定律。上面问题中，在小车突然向右运动时，质量不同的“水球”、铁球、乒乓球都将与小车具有共同的加速度，保持相对静止的状态。对“水球”来说，其前后表面的压力差产生了向前的加速度，才实现了与小车相对静止。而同样的压力差作用于等体积的质量较小的乒乓球上时，将会产生更大的加速度，拴住乒乓球的细线只有向后方拉乒乓球才能使乒乓球的加速度减小到与“水球”的加速度相同。同样的压力差作用于等体积的质量较大的铁球上时，将会产生更小的加速度，拴住铁球的细线只有向前方拉铁球才能使铁球的加速度增大到与“水球”的加速度相同。所以该题答案为A。

爱因斯坦曾思考过“超失重”现象。经过8年的研究，爱因斯坦于1915年提出了广义相对论，指出：在一个加速参考系中做物理实验，观察到的结果跟在引力场中的实验是没有区别的。上面问题中，小车向右加速运动的情景，与小车、水、铁球、乒乓球、容器五者整体静止，而都受到向左的均匀引力的情景等效。它们都既受到向左的引力，又受到向下的重力。由于铁球的密度比水的密度大，乒乓球的密度比水的密度小，所以悬挂铁球的细线一旦断开，铁球不但会向下“沉”，还会向左“沉”；拴住乒乓球的细线一旦断开，乒乓球不但会向上“浮”，还会向右“浮”。由于铁球和乒乓球各自受到的引力和重力的合力的方向、都指向左下方,且方向相同,所以该题答案不但为A，而且还可预计到：分别悬挂和拴住铁球、乒乓球的两根细线互相平行。

参考文献：

1.《高中物理教科书》，上海科技教育出版社。

2.《创新方案・新课标高考总复习》，安徽科技出版社。

（作者单位：陕西省岐山县蔡家坡高级中学）