案例学习:藏在漩涡里的奥秘
你是否注意到,洗完澡以后放水时,浴缸里的水会产生一个个漩涡?你是否留意过这种漩涡旋转的方向?它是顺时针还是逆时针?
你是否注意过,当你洗完衣服,把水池里的水放进下水道的时候,水池里也会产生一个个漩涡,漩涡的方向又是怎样的?
如果你留意一下,你会发现,放水的时候,总会形成一个个漩涡,它们旋转着,产生一个个水流的凹形,有时可以下陷得很深很深,一边旋转着,一边移动着,移向出水的地方。一个漩涡消失了,另一个新漩涡又产生了,直到水流光了,水池里或浴缸里的漩涡才最后消失。
这并不是一种好玩的游戏,而是一种科学现象。发现水池里水的旋转方向,那是一种科学发现;能联想到南半球和北半球旋转方向的差别,那是一种更大的科学发现。能解释漩涡产生的原因,解释南北半球漩涡方向不同的原因,那就是一种科学理论了。如果能从水流想到气流,想到台风,那么,这就是科学知识的迁移和应用了,科学的意义就更大。
从漩涡发现科学的人叫谢皮罗,他是一位美国科学家。他的科学探索源于一次洗澡。
19世纪60年代的一天,美国科学家谢皮罗在洗完澡放水时发现,水顺时针地转着漩涡,这引起了他的注意,他观察着,沉思着,一时竟忘记了擦干身上的水珠。他痴痴地看到漩涡,看到一个漩涡接着一个漩涡,不断地打着圈圈。
这种平常的现象引起了他的兴趣。他想,这是不是这个浴缸的特殊现象?他穿上了衣服,又拧开了水池里的水龙头,水哗哗地流着,很快就放满了。他拔出塞子,水又打着漩涡流着,旋转的方向与浴缸里的漩涡一模一样。谢皮罗一次一次地试着,他发现,所有的水都是这样,用同样的旋转方向打着相似的漩涡流着。
这是为什么呢?他想,共同的现象一定有着相似的原因。
他又想到赤道上的水,那里会不会有漩涡呢?那里的水池里的水将怎样流出?流出的时候会不会打着漩涡呢?会不会打着同样的漩涡呢?
他又想到,南半球的水池里的水将会怎样流出呢?它们又会沿着什么方向打漩涡呢?
就为了这么一个貌似平常的问题,他不远万里,来到赤道。他观察水池,看有没有漩涡,结果,他发现赤道上的流水没有漩涡。
他又来到南半球观察,发现漩涡的方向正好与北半球相反。北半球是顺时针方向,而南半球是逆时针方向。
他从观察中得结论:流水的漩涡,可能与地球的自转有关。
他又想到,台风、风暴都是流体的运动,空气也是流体。南半球和北半球的风暴也一定是按与水流同样的规律旋转的,北半球和南半球风暴产生的漩涡方向也将是彼此相反的。
利用这种理论,可以推测台风的移动规律。
谢皮罗非常善于观察,这些不显眼的现象,没有逃过他敏锐的眼睛。浴池里的水怎么旋转,一般人是不大关心的,也不会去深入思考。但是,谢皮罗却与众不同,他留意到了漩涡的方向。
谢皮罗没有满足于眼睛的发现,他追求的是深层的发现。他努力用心去发现,就是说,要对所发现的现象给出一个合理的说明。为此,他对赤道和南半球的流水产生的漩涡与北半球的情况做了推测,然后实地考察,与北半球的情况做了比较。这种比较大大深化了对漩涡的认识,对于揭示漩涡产生的原因也有启示作用。
如果满足于此,也还显得不够深刻,因为还停留于现象的描述阶段。谢皮罗则不然,他进一步推断造成漩涡的原因,以及造成南北半球漩涡方向相反的原因,找出了地球自转可能是造成南北半球漩涡方向不同的原因。
更可贵的是,他没有停留在说明已知的现象,而是利用获得的水流漩涡的知识,把它推广到新的领域,寻找新的知识。他从水推广到大气,从水流推广到气流,从流水的方向推测风暴的方向,这样,就把知识扩展了,也为验证自己的假设提供了新的舞台。阿基米德在洗澡时发现了浮力定律,谢皮罗洗澡时引发了对漩涡的研究。可见在我们日常生活中到处都隐藏着秘密,到处都有发现的机会,天天是发现之时,处处是发现之地。如果我们善于观察,小心地捕捉奇怪的现象,努力用理论去说明它,寻找它的原因,更多的人也能做出自己的发现。发现并不是某些人的专利。谢皮罗从对一点也不起眼的浴池流水现象观察,发现了一个重要的秘密,这就是一个有力的证明。