物理学模拟赛让尤塞恩·博尔特与《侏罗纪公园》中的恐龙一决高下

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·博尔特跑得比一头900磅重的恐龙快吗?

Scott Lee是托莱多大学的一位物理学教授,他开发了大量的学习活动,旨在帮助入门级学生对该主题产生热情。他最新的创新活动发表在美国物理联合会出版社(AIP Publishing)的《物理教师》杂志上,提出了这样一个问题:尤塞恩·博尔特比一只900磅重的恐龙跑得更快吗?

该练习要求学生应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米赛跑中击败威氏双脊龙

“物理教育中的一个重要问题是激发学生对课程材料的热情,”Lee说。“这些恐龙问题确实激发了学生们的浓厚兴趣。”

Lee对恐龙的兴趣始于儿时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后,他为非理科专业学生开发了一门基于恐龙的通识教育课程。

“多年来,许多物理专业的学生选修这门通识教育课程,仅仅是因为他们认为恐龙太酷了,”他说。“我随后意识到,物理专业的学生会热衷于研究物理原理的恐龙实例。”

为了使该练习适用于基础物理教学,Lee需要找到合适的恐龙。学生们可能从最初的《侏罗纪公园》小说和电影中认出双脊龙属,在电影中它被虚构赋予了哗哗作响的颈部皮膜和用来吐向倒霉DNA窃贼的毒液。

 

“其他恐龙的最大奔跑速度与尤塞恩·博尔特的平均速度差异显著,因此无法构成一场有趣的比赛,”他说。“遗憾的是,更著名的雷克斯暴龙被认为比尤塞恩·博尔特慢。”

该活动包括关于牛顿第二定律的讨论,即加速度由质量和力的组合决定。例如,体型较小赋予了博尔特早期的优势。

在计算出比赛获胜者后,Lee的练习引导学生讨论当今发生的类似速度测试,例如母狮如何利用其加速度捕捉速度更快的猎物。

最终,博尔特利用牛顿第二定律和自身的加速度,以2秒的优势将双脊龙远远甩在身后。

Lee希望这篇论文能激励其他物理学家跳出思维定势,让新学生对物理学能够解决的问题产生兴趣。