如何研究
? ? 一般來(lái)說，為了探討一個(gè)物理問題的結(jié)論，有兩種辦法，第一種就是做實(shí)驗(yàn)，第二種就是不做實(shí)驗(yàn)。
? ? 這聽起來(lái)像是廢話，但是“To be or not to be,that is a question.”所以“做實(shí)驗(yàn)還是不做實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)問題?！?/p>
? ? 首先我們來(lái)分析一下，做實(shí)驗(yàn)有什么好處？實(shí)際上最重要的好處就是準(zhǔn)確——實(shí)驗(yàn)可以否定理論，理論永遠(yuǎn)沒法否定實(shí)驗(yàn)。但是實(shí)驗(yàn)的難度在哪里？太復(fù)雜！
? ? 實(shí)際上這個(gè)觀點(diǎn)可能和大多數(shù)人的想法不一樣，大多數(shù)人都會(huì)覺得如果做實(shí)驗(yàn)的話問題就非常簡(jiǎn)單，如果考試的時(shí)候想不出物理過程，這時(shí)候若是可以做個(gè)實(shí)驗(yàn)，那一定大有幫助。實(shí)際上這個(gè)想法并不成立。由于我們需要精確解決問題，在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)候所需要考慮的因素和條件就非常的多，這個(gè)時(shí)候甚至很難設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)。所以根據(jù)辯證的思維，我們要“抓住主要矛盾，忽略次要矛盾”。只不過這只是把問題的復(fù)雜性從一個(gè)方面換到了另一個(gè)方面而已。我們?nèi)绾沃馈按我堋北缓雎灾蠼Y(jié)果仍然是近似準(zhǔn)確的？或者說，怎么確定哪些是屬于可以被忽略的“次要矛盾”？
? ? 就這個(gè)問題而言，實(shí)驗(yàn)是非常復(fù)雜的。最基本的就是，如何測(cè)量人做功的量？有人可能會(huì)認(rèn)為我可以用一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)或者其它什么的儀器測(cè)量自行車克服阻力做功之類的，但是即便這件事情成立（雖然就連這東西都測(cè)不出來(lái)），人體消耗的能量和自行車克服阻力做功也不會(huì)相等，要怎樣測(cè)試這部分能量？如果在精密的條件下，可以考慮計(jì)算嚴(yán)格禁食禁水的人騎了一段距離后的體重減輕相對(duì)準(zhǔn)確地計(jì)算這部分能量消耗。注意這里提出的方法也只是相對(duì)準(zhǔn)確，實(shí)際上走路和騎車會(huì)不同程度地提高人的體溫，直接導(dǎo)致能量的消耗不同；除此以外，能量消耗的差異還會(huì)體現(xiàn)在環(huán)境溫度、濕度等方面。不僅如此，在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的呼吸和汗液中的水分蒸發(fā)造成的誤差很有可能比因?yàn)楹粑饔脺p小的質(zhì)量更大，也就是所謂的“誤差比要測(cè)量的東西還要大”的情況，這就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)毫無(wú)價(jià)值。由此來(lái)看，對(duì)這個(gè)問題而言實(shí)驗(yàn)不是一個(gè)好辦法。
? ? 現(xiàn)在兩條路中的一條被堵死了，只能硬著頭皮走走另外一條路了。不做實(shí)驗(yàn)也就是對(duì)問題進(jìn)行分析進(jìn)而求解，這種分析可以粗略地分為“定性分析”、“半定量分析”和“定量分析”。由于這個(gè)問題本身的復(fù)雜性，我們?cè)谶@里只能對(duì)其做定性分析。
生活經(jīng)驗(yàn)？物理結(jié)論？
? ? 從生活經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，我們顯然會(huì)認(rèn)為是騎車比走路輕松得多。特別是大熱天或者數(shù)九寒冬，如果是十公里左右的路程，騎車勉強(qiáng)可以堅(jiān)持，走路卻吃不消，這是不是意味著騎車耗用的能量更小呢？其實(shí)未必，因?yàn)槿俗鳛闇匮獎(jiǎng)游镌诰S持體溫方面要消耗巨大的能量，走路這個(gè)過程時(shí)間顯然長(zhǎng)于騎車過程，維持體溫的時(shí)間也長(zhǎng)得多，這部分的能量消耗自然也很大。這顯然很容易得出“走路耗能更大”這個(gè)“不具有說服力”的結(jié)論。
? ? 那不如我們從物理的角度進(jìn)行分析？要走的路程是一樣的，初末位置相同，那么這可以看做兩個(gè)相同的物理過程。所不同的是騎車過程有機(jī)械輔助，走路過程沒有機(jī)械輔助。在熱力學(xué)第二定律中我們已經(jīng)知道，任何機(jī)械都要產(chǎn)生額外的功，也就是說機(jī)械不省功。于是這個(gè)問題的結(jié)論就是——騎車比走路費(fèi)功。
? ? 是不是感覺嚴(yán)重不服？其實(shí)這個(gè)結(jié)論確實(shí)是不對(duì)的。問題出在哪里呢？我們?cè)趧偛诺姆治鲋兄苯影殉跄顟B(tài)相同的變化過程看做同一物理過程，但是實(shí)際上這個(gè)事情并不成立。在對(duì)功的考察上我們必須考慮物理過程，原因在于功是一個(gè)過程量（關(guān)于過程量的介紹和功的基礎(chǔ)知識(shí)可以參看 功的物理意義和過程量），這樣就說明了上面結(jié)論的錯(cuò)誤。至于正確的結(jié)論，我們?cè)谙乱还?jié)加以論述。
從質(zhì)心運(yùn)動(dòng)看做功
? ? 根據(jù)能量守恒定律和柯尼希定理，我們可以定性地認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心的變化過程反映了做功的大小（具體推導(dǎo)過程相當(dāng)復(fù)雜并且應(yīng)用諸多假設(shè)，在此不再贅述），但是必須注意到在人體內(nèi)力做功的問題上質(zhì)心的變化不是做功的必要條件（關(guān)于這個(gè)問題可以參閱從人類行走的能量變化看生物中的能量轉(zhuǎn)化），所以在質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的過程中即便質(zhì)心回到原位，人體內(nèi)力做功依然不為0。
? ? 現(xiàn)在我們把要考察的能量分為兩部分，第一部分是維持質(zhì)心在某一位置所要花費(fèi)的能量，第二部分是質(zhì)心在前述的“某一位置”附近進(jìn)行微小周期性運(yùn)動(dòng)所做的功。
? ? 首先討論第一部分：在站姿和坐姿耗能方面，顯然是站姿更耗能，并且由于騎車花費(fèi)時(shí)間短，坐姿的耗能時(shí)間也短，所以這部分能量毫無(wú)疑問是騎車更低。
? ? 至于第二部分，則稍微有些復(fù)雜。在騎行過程中，由于人體軀干幾乎不動(dòng)，而雙腿利用踏板產(chǎn)生對(duì)稱運(yùn)動(dòng)，這就導(dǎo)致人體的質(zhì)心高度幾乎不發(fā)生改變（顯然這里應(yīng)當(dāng)假設(shè)人的雙腿近似對(duì)稱），這部分做功極??；而在走路過程中人體的抬腿動(dòng)作并不對(duì)稱，并且實(shí)際上人體在走路時(shí)會(huì)有軀干前傾的過程，所以在走路過程中人體的質(zhì)心不斷發(fā)生上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，顯然這部分的消耗要大于騎行過程中這部分的消耗。
? ? 兩部分的消耗都是走路較大，所以我們可以得出一個(gè)相當(dāng)粗糙的結(jié)論——騎車比走路更省功。
