物理竞赛:尤塞恩·博尔特对阵侏罗纪公园恐龙

一位物理学教授设计了一项创新活动,提出了这样一个问题:尤塞恩·博尔特跑得比一只900磅重的恐龙快吗?

斯科特·李是托莱多大学的物理学教授,他开发了许多学习活动,旨在帮助入门阶段的学生对这个学科产生热情。他最新发表在AIP出版社《物理教师》期刊上的创新活动提出了一个问题:尤塞恩·博尔特比一只900磅的恐龙跑得更快吗?

这项练习要求学生运用一维运动学的概念——位移、速率、速度和加速度——利用电子表格来确定这位牙买加短跑运动员能否在100米赛中击败魏氏双嵴龙

李说:"物理教育中的一个重大问题是激发学生对课程材料的热情。这些恐龙问题确实引起了学生们的极大兴趣。"

李对恐龙的兴趣始于小时候与家人一起寻找化石的经历。多年后,在与女儿发现一本关于恐龙运动物理学的通俗易懂的书之后,他开设了一门面向非理科专业学生、基于恐龙的通识教育课程。

他说:"多年来,有不少物理学专业的学生选修这门通识教育课程,只是因为他们觉得恐龙很酷。我随后意识到,物理学专业的学生会乐于研究物理学原理在恐龙身上的实例。"

为了让这个练习适用于基础物理学,李需要找到一种合适的恐龙。学生们可能从最初的《侏罗纪公园》小说和电影中认出了双嵴龙属,在电影中,它被虚构地赋予了会发出响声的颈褶,并可以向一个倒霉的DNA窃贼喷射毒液。

他说:"其他恐龙的最大奔跑速度与尤塞恩·博尔特的平均速度相差很大,因此不会构成一场有趣的比赛。遗憾的是,更著名的霸王龙据信比尤塞恩·博尔特跑得慢。"

该活动包含了对牛顿第二定律的讨论,其中加速度由质量和力的组合决定。例如,体型较小给了博尔特早期的优势。

在计算出比赛的获胜者后,李的练习引导学生讨论当今存在的类似速度测试,例如母狮如何利用加速度来捕捉速度更快的猎物。

最终,博尔特利用牛顿第二定律和他自身的加速度,以2秒的优势将双嵴龙远远甩在后面。

李希望这篇论文能激励其他物理学家跳出固有思维模式,让新生们对物理学能够解决的问题感到兴奋。