物理背景知识介绍：功的来历

龙源期刊网物理背景知识介绍：功的来历作者：邹嘉来源：《读与写·下旬刊》2015年第06期中图分类号：G633.7文献标识码：B文章编号：1672-1578（2015）06-0043-01远在上古时代，人类就开始使用杠杆、滑轮等简单机械。随着生产的不断发展，机器逐步代替了繁重的手工劳动。十七世纪初，伽俐略就已接触到功的概念，他注意到这样的事实：提升重量（用滑轮）所需的力乘以作用力所经过的距离是保持不变的，尽管两个因子本身都可以变化。无疑，这里包含了功的概念。但于当时的生产和科学技术水平，伽俐略根本不可能发现功。直到十七世纪下半叶，牛顿定律建立前后，人们开始探求用什么物理量来量度机械运动的问题。在这以后长达一百多年的漫长岁月里，物理学界曾就这个问题展开了一场世界规模的激烈争论这就是物理学史上著名的笛卡尔-莱布尼兹论战，又称活力与死力之争。功和能的概念就是在这场论战过程中引入的。其中功的引入是这样的：在早期工业革命中，工程师们需要有一个用来比较各类机器工作效果的办法，在摸索和实践中，大家逐渐同意用机器举起的物体的重量与路程的乘积来量度机器的功效。于是在1826年法国科学家蓬瑟勒将力和力的作用点的位移之积取名曰功，从而正式引入了功的概念。但是当时的人只是知道功的量度，并不知道功代表的是什么。1847年，赫尔姆霍茨也只是说：功是可以用呎-磅或热量单位来表示的东西，而这些呎或热量单位的数目对于一定量的功来说是不变的姆霍茨；其次，除了机械力和热外，化学力和电力也能做功，……当然，在现在看来，赫尔姆霍茨的话并不完全正确。当时物理学家们看不到功的物理意义，这是因为他们的不知道质变、形式变换是物理学上的一切功的基本条件。也就是它们还不清楚运动的转化。后来，人们逐渐认识到，一切的过程中——热转变为机械运动、热使化合物分解、电流从稀硫酸中把水的两种成份分离出来、电池的化学过程团体为电、热、……——都做了功，而且每个运动形式的量，同它所做的功的量是相等的。大约在1880年，恩格斯分析了运动转化的过程，正确地说明了功的物理内容：功是运动的量度。在英文翻译里，功的名字是work——工作的意思。那么在中国，为什么给它取的名字叫功呢？中国青年出版社l962年4月出版，顾均正著的《不怕逆风--物理小品集》一书中有一篇龙源期刊网短文——功'的来历（第70-74页）对我们如何从体力劳动的角度理解功的定义很有帮助.现将其中的一些表述摘录如下：有一句老话：顶石臼做戏，吃力不讨好。世界上当然不会有真正顶了石臼做戏的大傻瓜，可是在我们日常生活里，变相的顶石臼做戏是常有的.之吃力不讨好，之劳而无功，是十分明显的事，只有疯子才真会这样干.可是在我们日常生活里，某些工作之吃力不讨好，之劳而无功，却并不明显，因此，干这样傻事的人还不在少数，甚至连旁观的人也不以为奇.例如肩挑和背负就是一种吃力不讨好的工作，它们和顶石臼做戏实在相差不远。大家知道，肩挑和背负的目的是要求把一重物从甲地运到乙地，方法是把重物压在人的肩头挑着走.或是把重物放在人的背上负着走.在挑着或负着的时候，重物用它的巨大重量对人施加压力，而人不让给压倒，就要花同样大小的力气来抵抗它.这种抵抗力花得非常冤枉，它对于把重物从甲地运到乙地这一工作没有直接帮助，因而是劳而无功的。可见肩挑和背负虽然花了不少的力气，但其中大部分的力气却是白白浪费掉的.在这里重物已经成为变相的石臼，而肩挑和背负的本身已经成为变相的顶石臼做戏了.这说明多花力气还不一定就等于多做工作.物质生产工作……都是由一些简单的动作组合起来的.例如锯木头这种工作，可以分为推锯和拉锯两个动作；敲钉子这种工作，可以分为举锤子和碰钉子两种动作.即使某些比较复杂的工作，例如开拖拉机或开汽车，好像这一类工作的技术性很强，其实也只是一些推、拉、踏、旋等简单动作，按照一定的规律，进行连续的活动罢了。……例如推是向前用力，拉是向后用力，踏是向下用力，举是向上用力，旋是边推边拉，碰是快推或快拉，而拉又是向后的推.归结起来，所有这些简单的动作，可以说都是不同方向的推，而推显然是一切工作的基本单位。……所以构成推这个动作，必须有两个内容，一是作用力，一是移动的路程.两者缺一不可。……任何物质生产工作，即使从表面上看来好像非常复杂，实际上它的基本内容，或则说它的物理要素，只是力和路程两种。……工作的多少不仅跟力气的大小成比例，而且也和路程的长短成比例，把这个意思写成算式，就是：工作=力×M路程。必须注意，在这个式子里，工作这个名词，意义跟一般所说的工作是有区别的。首先它是指属于体力劳动的工作。其次，它是指经过精打细算，没有白花一点力气的工作，做这种工作所花的力气全部用在使物体沿力的方向移动，真正做到多出一分力就多得一分劳动果实。第三，它不仅表示工作的性质，也表示工作的数量.为了强调这种区别，我国的物理学家就巧妙龙源期刊网地借用了劳而无功这个成语中的功宇代替含混的工作这个名词、这个功字可以把上面三种意思全部包括进去。于是上面的公式就变为：功=力×路程