為什么做作業(yè)時(shí)感覺時(shí)間過得很慢， 玩時(shí)感覺時(shí)間過得很快？

為什么做作業(yè)時(shí)感覺時(shí)間過得很慢， 玩時(shí)感覺時(shí)間過得很快？

作者：祝磊

小朋友都有切身體會，做作業(yè)時(shí)，總感覺時(shí)間過得特別慢，以為做了 1 小時(shí)，實(shí)際卻只過了 10 分鐘。而跟小伙伴玩的時(shí)候，正好反過來，時(shí)間過得特別快，明明感覺才玩了 10 分鐘，電話手表上顯示已經(jīng)過了 1 小時(shí)。

這是為什么呢？ 從心理學(xué)的角度來看， 那是因?yàn)樾∨笥延X得寫作業(yè)比較辛苦， 耗費(fèi)腦力， 所以感覺時(shí)間走得特別慢。而反過來，玩是讓人放松的事，讓人很舒服，時(shí)間就會在你玩的時(shí)候悄悄溜走。

偉大的物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦提出了另外一種時(shí)間的相對 快慢理論，就是相對論。當(dāng)然，相對論是非常高深的物理學(xué)理論，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超出我們物理啟蒙的范圍。相對論認(rèn)為時(shí)間和空間都是相對的，時(shí) 間流逝的快慢不是恒定的，而跟觀察者的速度有關(guān)。而我們的物理啟 蒙只談經(jīng)典物理學(xué)的內(nèi)容，認(rèn)為時(shí)間流逝的快慢跟觀察者的速度無關(guān)，1 分鐘就是 1 分鐘，1 小時(shí)就是 1 小時(shí)。無論觀察者靜止不動還是接近光速運(yùn)動，都不影響時(shí)間的流逝。

時(shí)間是如何確定的？

很久以前，人類既沒有鐘表，也沒有手機(jī)，只能根據(jù)自然界的一些事物來確定時(shí)間。比如早上雞叫， 那就該起床了。太陽升起來， 該勞動了。但這些確定時(shí)間的方法顯然不精確， 人們就利用太陽一天中因高度不同照在物體上投下的陰影長度不同， 制作了日晷。根據(jù)日晷上的指針留下的陰影長度和位置來更準(zhǔn)確地確定時(shí)間。

但是呢，不是每天都是大晴天，遇到陰天或者下雨下雪，日晷就沒法用了。那該怎么辦呢？

人們想到了用線香來確定時(shí)間，線香燃燒的速度是可以控制的， 線香燒完就代表著一定的時(shí)間過去了。那究竟線香燒完的時(shí)間是多久 呢？有說是半小時(shí)的，也有說是 1 小時(shí)的。

此外，人們也根據(jù)水從銅壺里滴下來的量來確定時(shí)間，這種裝置叫銅壺滴漏。

沙漏也是常用的計(jì)時(shí)工具，直到現(xiàn)在還在用。

但這些方法都不夠精確。如果要比較準(zhǔn)確地測量時(shí)間，比如前面我們講到的伽利略研究自由落體，就需要比較準(zhǔn)確地測量時(shí)間。那該 怎么辦呢？

伽利略當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象。他將一根細(xì)繩一端固定，另一端拴一個(gè)小球，懸掛起來，小球就 在最低點(diǎn)保持靜止，處于平衡狀態(tài)。然后他把小球拉離最低點(diǎn)一小段 距離，同時(shí)保持細(xì)線繃直不松弛。接著他放手讓小球運(yùn)動。他發(fā)現(xiàn)， 小球往復(fù)運(yùn)動的時(shí)間是相等的，這個(gè)時(shí)間跟小球的重量、小球離最低 點(diǎn)的距離沒有關(guān)系，只跟細(xì)線的長度有關(guān)系。

這個(gè)裝置叫作單擺，這個(gè)現(xiàn)象叫作單擺的等時(shí)性。

單擺的等時(shí)性原理是指不論擺動幅度（擺角小于 5° 時(shí)）大些還是小些，完成一次往復(fù)擺動的時(shí)間是相同的。

事實(shí)上， 單擺往復(fù)運(yùn)動的時(shí)間叫作周期， 這個(gè)周期公式是T=2π(l/g)^(1/2) ，其中，l 指擺長，g 是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。這個(gè)公式是荷蘭物理學(xué)家惠更斯推導(dǎo)出來的。

利用單擺的等時(shí)性，就可以制造更加準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具，如機(jī)械擺鐘。

根據(jù)惠更斯的單擺周期公式可以計(jì)算得到，擺長 1 米的單擺，其周期約為 2 秒。

利用單擺計(jì)時(shí)對日常生活來說足夠準(zhǔn)確了，但是單擺由于擺長隨 溫度、受力和空氣阻力等因素的影響，存在一定的誤差，對精度要求 高的計(jì)時(shí)就不合適了。

因此，1967 年，國際度量衡大會規(guī)定了秒的定義：銫 -133 的原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能階間躍遷對應(yīng)輻射的9192631770 個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。銫 -133 原子的振動很穩(wěn)定，大約每百萬年只有 1 秒的誤差， 精度非常高。

劃 重 點(diǎn)
1.時(shí)間測量工具的發(fā)展。日晷、線香、銅壺滴漏、沙漏都可以用來計(jì)時(shí)，但準(zhǔn)確度不高。

2.單擺的等時(shí)性。伽利略發(fā)現(xiàn)，單擺往復(fù)運(yùn)動的時(shí)間是固定的?；莞雇茖?dǎo)出了單擺周期的計(jì)算公式。

本文節(jié)選自《給孩子的物理啟蒙課》（祝磊 著，中國婦女出版社，2022）