滴水穿石的啟示 背后的科學(xué)

這篇文章很值得一讀，盡管部分說法可能有一些爭議：比如說滴水穿石有其不科學(xué)之處，則不敢茍同，雖說小水滴如文中所說的那樣，但亦可以作為持之以恒的典范，等等。

[從這個成語中看科學(xué)] 學(xué)完這個成語后，學(xué)生都能知道這個成語的價值，即只要堅持不懈，事情就能成功。但大多數(shù)人認(rèn)為，高處落下的水撞擊石塊，每次相互碰撞造成一點(diǎn)損壞，時間長了石塊形成凹坑，再加深以至被擊穿（這篇課文的作者也是這樣認(rèn)識的）。可科學(xué)家們卻要驗(yàn)證一下這種說法是否正確。 科學(xué)家們用乒乓球反復(fù)和石塊相撞，并未見石塊有明顯的損傷，乒乓球?qū)κ瘔K的撞擊力比水滴對石塊的撞擊力要大得多，卻不能穿石。可見水滴撞擊石塊不是穿石的主要原因。 科學(xué)家們用每秒可拍攝1500張照片的高速攝影機(jī)拍下了水滴落到石上的全過程，然后一張張仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)水滴原來是流線型，落到石上后先是形狀變扁，而后分散成許多小水滴向四周飛散，飛散過程中產(chǎn)生了許多微小的由水膜包裹著空氣的氣泡，這些氣泡表面的水膜由于表面的張力而很快收縮，氣泡內(nèi)的空氣由于體積縮小而壓強(qiáng)迅速增大。當(dāng)壓強(qiáng)足夠大時就沖破水膜體積迅速膨脹，就像一次小小的，氣體形成的沖擊使石塊受到了小小的損傷，日積月累，終至穿石，這種微型氣泡損壞固體的現(xiàn)象被稱為“氣蝕”。 “氣蝕”現(xiàn)象一度是遠(yuǎn)洋航行的大敵。最初使用螺旋槳推進(jìn)的遠(yuǎn)洋巨輪在航行12小時后就發(fā)現(xiàn)螺旋槳表面百孔千瘡，無法使用，經(jīng)過很長時間的觀察和研究發(fā)現(xiàn)：螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)和水相互作用，在螺旋槳表面附近形成大量的微小的氣泡，氣泡雖小，但氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)卻很大，可達(dá)到幾千個大氣壓，無數(shù)小氣泡破裂時對螺旋槳表面的沖擊，使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。找到原因后，人們利用改進(jìn)螺旋槳面形狀使之少產(chǎn)生氣泡，選用抗氣蝕金屬材料，在表面加化學(xué)涂層等方法大大減輕了氣蝕對螺旋槳的破壞。 科學(xué)家們用“滴水穿石”的毅力揭開了這其中的秘密，同時克服了氣蝕的破壞，并在進(jìn)一步尋找氣蝕現(xiàn)象的利用途徑。 雖然小學(xué)生對這段文字不可能完全理解，但他們可以知道研究這個成語卻解決了生活中的許多問題。所以通過這樣的綜合實(shí)踐活動，學(xué)生悟出傳統(tǒng)式教學(xué)無法獲取的東西（實(shí)質(zhì)，看完這些材料，可以清楚地看出課文中所說的“滴水穿石”原因是人的直觀思考，不是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，所以這篇文章有違反科學(xué)之處。因此這樣延伸可以把學(xué)生帶入科學(xué)殿堂）。實(shí)質(zhì)許多科學(xué)家的發(fā)明，往往重視的就是最普通的自然現(xiàn)象。為了使學(xué)生更多的獲得這個信息，這也是教學(xué)的延伸，為了這種延伸的意義擴(kuò)大，我還為學(xué)生準(zhǔn)備了“普里高津的事跡”，即耗散結(jié)構(gòu)理論發(fā)明過程。 普里高津是比利時具有哲學(xué)思想的著名科學(xué)家，他堅信世界總是不斷向上變化、發(fā)展的，自然界應(yīng)該存在著從無序向有序轉(zhuǎn)化的規(guī)律。他是從一種叫“貝納德花樣”的現(xiàn)象中得到的啟示：開水將沸騰前，會出現(xiàn)許多水泡，若仔細(xì)觀察，會發(fā)現(xiàn)這些水泡呈六角形蜂窩狀的有序狀態(tài)，其中心液體向上流動，邊緣液體向下流動，形成熱量的對流，這就是“貝納德花樣”。普里高津發(fā)現(xiàn)，這種有序結(jié)構(gòu)必須靠外界不斷供給熱量才能維持，一旦加熱停止，結(jié)構(gòu)就遭破壞。因此，它不同于像晶體那樣“死”的有序結(jié)構(gòu)，而是一種“活”的有序結(jié)構(gòu)，要求不斷地同外界發(fā)生物質(zhì)與能量的交換，即“吐故納新”。普里高津把這種要不斷從環(huán)境中吸收物質(zhì)與能量，并且在物質(zhì)和能量的消散中才能維持的有序結(jié)構(gòu)，稱為耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)立，為解釋生命現(xiàn)象提供了一把很好的“鑰匙”。生命就是通過新陳代謝、吐故納新，不斷保持有序狀態(tài)的。因此，生命體就是一種耗散結(jié)構(gòu)。這為用物理、化學(xué)的方法研究生命現(xiàn)象和生物進(jìn)化開辟了道路。耗散結(jié)構(gòu)理論被認(rèn)為是20世紀(jì)70年代最輝煌的科學(xué)成就之一，普里高津被人們稱為“生命熱力學(xué)的詩人”，并在1977年獲得諾貝爾化學(xué)獎。