物理與藝術(shù)論文

1、物理與藝術(shù) 【摘要】物理與藝術(shù)，實則藝術(shù)的物理和物理的藝術(shù)的統(tǒng)一，它們以一個共同的基本點緊密地關(guān)聯(lián)在一起，那就是真理的普遍性和人類揭示真理的創(chuàng)造力。它以兩條主線將二者對比統(tǒng)一，即藝術(shù)：喬托達·芬奇畢加索和物理：伽利略牛頓愛因斯坦。在我們過去的認識中好像二者是不相干的兩門學科，其實二者只是在表現(xiàn)形式上有所不同，藝術(shù)主要是圖形和比喻，物理則表現(xiàn)在數(shù)字和方程上?！娟P(guān)鍵字】物理，天體運動，光學，靜電場,藝術(shù)【引言】在藝術(shù)和物理學中同時獲取有關(guān)自然（實在）的觀點，會從三個維度上全面看到它的更宏大的圖景，會理解它在擴展開的現(xiàn)在上的存在。藝術(shù)與物理學的有機結(jié)合，能使人們對自然廁身其內(nèi)的世界產(chǎn)生更高

2、層次上的認識和理解?！菊摹?天體運動與藝術(shù)古希臘人曾強烈地致力于自然界中和諧的研究，并認為音樂僅是自然界和諧中的一種。德國物理學家開普勒曾說：“天體的運動只不過是一首歌，一首連續(xù)的、有幾個聲部的歌?！痹谒磥恚新暤臉氛{(diào)固然很美，但有調(diào)無聲的仙曲則更美，因為它只對人類的靈魂吹奏。他反復計算了有關(guān)行星近日點和遠日點的運動速度和各種比例關(guān)系，并從研究一首古老的名為和諧的序曲的樂曲中受到啟發(fā)，終于得到了（這里T為行星繞日運動的周期，D為行星距太陽的距離）的關(guān)系，進而譜寫了行星運動這首不能為聽覺所感知，卻可以為思維所理解的“直接用樂譜、廣為使用音樂語言”的行星協(xié)奏曲（如圖1所示），并通過他的行星運動

3、第三定律表達出這首樂曲的主調(diào)。年，哥白尼出版天體運行論。按史萊因的觀點，日心說從根本上來說脫胎于藝術(shù)家選定觀察位置（注意喬托的“透視法”涉及觀者位置）。伽利略通過觀察支持哥白尼的學說，進而提出慣性參考系、絕對靜止概念。前有藝術(shù)中觀察透視畫法作品，觀者需處于一個絕對靜止狀態(tài)，今有物理學中絕對靜止點，史萊因提醒說這是藝術(shù)與物理的有趣并行。 光學與藝術(shù)在平靜無風的海面航行或在海邊了望，往往會看到空中映現(xiàn)出遠方船舶、島嶼或城廓樓臺的影像；在沙漠旅行的人有時也會突然發(fā)現(xiàn)，在遙遠的沙漠里有一片湖水，湖畔樹影搖曳，令人向往?？墒钱敶箫L一起，這些景象突然消逝了。原來這是一種幻景，通稱海市蜃樓，或簡稱蜃景。 為

4、什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢？要解答這個問題，得先從光的折射談起。當光線在同一密度的均勻介質(zhì)內(nèi)進行的時候，光的速度不變，它以直線的方向前進，可是當光線傾斜地由這一介 質(zhì)進入另一密度不同的介質(zhì)時，光的速度就會發(fā)生改變，進行的方向也發(fā)生曲折，這種現(xiàn)象叫做折射。當你用一根直桿傾斜地插入水中時，可以看到桿在水下部分與它露在水上的部分好象折斷的一般，這就是光線折射所成的，有人曾利用裝置，使光線從水里投射到水和空氣的交界面上，就可以看到光線在這個交界面上分兩部分：一部分反射到水里，一部分折射到空氣中去。如果轉(zhuǎn)動水中的那面鏡子，使投向交界面的光線更傾斜一些，那么光線在空氣中的折射現(xiàn)象就會顯得更厲害些。當投向交界面的

5、光線如左下圖所示的情況時，光線就全部反射到水里，再沒有折射到空氣中去的光線了。這樣的現(xiàn)象叫做全反射。 空氣本身并不是一個均勻的介質(zhì)，在一般情況下，它的密度是隨高度的增大而遞減的，高度越高，密度越小。當光線穿過不同高度的空氣層時，總會引起一些折射，但這種折射現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)習慣了，所以不覺得有什么異樣。 在夏季，白晝海水濕度比較低，特別是有冷水流經(jīng)過的海面，水溫更低，下層空氣受水溫更低，下層空氣受水溫影響，較上層空氣為冷，出現(xiàn)下冷上暖的反?，F(xiàn)象（正常情況是下暖上涼，平均每升高100米，氣溫降低0.6 左右）。下層空氣本來就因氣壓較高，密度較大，現(xiàn)在再加上氣溫又較上層為低，密度就顯得特別大

6、，因此空氣層下密上稀的差別異常顯著。 假使在我們的東方地平線下有一艘輪船，一般情況下是看不到它的。如果由于這時空氣下密上稀的差異太大了，來自船舶的光線先由密的氣層逐漸折射進入稀的氣層，并在上層發(fā)生全反射，又折回到下層密的氣層中來；經(jīng)過這樣彎曲的線路，最后投入我們的眼中，我們就能看到它的像。由于人的視覺總是感到物像是來自直線方向的，因此我們所看到的輪船映像比實物是抬高了許多，所以叫做上現(xiàn)蜃景。除了海市蜃樓，美麗的彩虹也向我們展示了生動的光學藝術(shù)。原本光是筆直行進的，但它也具有一旦進入水中就會折射的性質(zhì)。因此太陽光在通過雨的顆粒時就會折射。此時，由于光折射的角度因顏色而各異，所以七種顏色會以各自不

7、同的角度折射。所以七種顏色會很漂亮地排列起來。這就是形成彩虹的原理。因為彩虹呈現(xiàn)于與太陽方向相反的天空，所以想在雨后看彩虹時要背對著太陽。夏天雨后，烏云飛散，太陽從新露頭，在太陽對面的天空中，會出現(xiàn)半圓形的彩虹。 虹是由于陽光射到空中的水滴里，發(fā)生發(fā)射與折射造成的。 我們知道，當太陽光通過三棱鏡的時候，前景的方向會發(fā)生偏折，而且把原來的白色光 線分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色的光帶。 下過雨后，有許多微小的水滴漂浮在空中，當陽光照射到小水滴上時會發(fā)生折射，分散 成7種顏色的光。很多小水滴同時把陽光折射出來，再反射到我們的眼睛里，我們就會看到一 條半圓形的彩虹。彩虹的色帶分明，紅的排在

8、最外面，接下來是橙、黃、綠、青、藍、紫6種 顏色。 靜電場與藝術(shù)沙雕藝術(shù)中也隱藏著物理玄機，沙壘是一種游戲.用干沙或含水量多的沙都筑不成沙壘,只有濕沙才能筑成.沙壘筑成后,一旦干燥即崩潰;要使沙壘保持原來的形狀,就得小心澆水,使它保持一定的濕度.是什么力量使沙壘能保持不散呢?濕沙含有一定量的水.水一般是作為潤滑劑使用的,它怎么又能增加沙子的黏性呢? 有人認為,沙壘是由于沙中水的表面張力而結(jié)合在一起的.水分子具有一個永恒的電偶極,被稱為極性分子.這些電偶極相互吸引.在水與空氣的表面上,相鄰水分子的相互吸引使得水面實際上處于緊張狀態(tài).相互吸引產(chǎn)生的合力,使水面彎曲.在沙壘表面,這個合力是有助于沙壘

9、的穩(wěn)固的.然而在沒有空氣界面的沙壘內(nèi)部,沙出同樣穩(wěn)固.雖然內(nèi)部的水分子通過其電偶極的電場互相吸引,但這種引力很弱,它無助于沙的穩(wěn)固,不足以阻止它的流動.因此,這種解說是不能令人滿意的。那么沙子在潮濕時黏結(jié)的力究竟是怎么產(chǎn)生的呢?一顆濕的沙粒表面存在正負兩種離子.通常這兩種離子成對組合,其中一人比另一個離沙粒表面稍微遠些.究竟哪個離子在外,這在沙粒表面上是處處各異的.兩種取向的離子在沙粒周圍的空間產(chǎn)生了一個電場。負離子中,負電荷比正電荷多,其帶負電的電子云朝著鄰近正離子方向,稍稍偏離它的帶正電的原子核.這樣,形成電偶極.它在沙粒表面以外形成一個較弱的電場.而表面的正離子缺少負電荷,且它的電荷并不

10、像負離子那樣發(fā)生分離.因此,它的電場,是一個點電荷產(chǎn)生的電場,這個電場比電偶極所產(chǎn)生的電場要強.由此可見,一個沙粒周圍的電場主要是由于沙粒表面的正離子產(chǎn)生的。沙粒周圍的電場,改變了離沙粒表面較遠的水分子中的氫核的平均距離.臨近表面的水層相對地具有負電性;而遠離表面的水層相對具有正電性.從負電性到正電性的變遷是漸進的.這一現(xiàn)象,稱為電的雙層擴散。正是沙粒周圍的電場,重新安排了水中氫原子的平均距離.從而使水的流動性減小了.由于水的粘度增加,阻礙了沙粒間的相對滑動,沙就穩(wěn)固了. 水的穩(wěn)定趨勢,隨著離開沙粒表面的距離增加而減弱.當沙粒間的水量過大使?jié)裆沉鲃訒r,它就不能用來構(gòu)筑沙壘了.盡管沙粒周圍相對帶

11、負電的水,仍然吸引著離沙粒較遠的相對帶正電的水,但是水把沙粒分離得太遠了.這種粘度較小的水流動著,它不能阻止沙粒及周圍相對帶電的水相互滑移.因此,含水過多的沙是筑不起沙壘的.【結(jié)論】經(jīng)過這次的詳細搜索和閱讀后，我發(fā)現(xiàn)物理與藝術(shù)是相互聯(lián)系的，我們隨處可以見到物理與藝術(shù)的結(jié)合，隨時可以從我們身邊中發(fā)現(xiàn)物理的蹤跡。雖然它們各自有其專門的研究領域，各自從不同的途徑、不同的角度、不同的層次、用不同的方法，幫助人類去認識世界和改造世界。然而，它們卻如同一對孿生兄妹，形影不離地發(fā)展著。它們之間存在著交叉，存在著滲透，存在著融合，它們有相通之處，有內(nèi)在的統(tǒng)一性。正如1970年諾貝爾物理學獎獲得者阿爾分所說：“像畫家運用色調(diào)，雕刻家利用石膏，音樂家通過音符來表達自己的見解和感受一樣，科學家們是通過似乎是周圍的濃縮物的公式和定理來表現(xiàn)自己的高水平的美感的?！?我們在發(fā)現(xiàn)美的同時也可以發(fā)現(xiàn)奧妙的物理知識，近年來，國內(nèi)有關(guān)藝術(shù)與科學的討論已成熱門話題。然而不可否認，表層的多，深刻的少；形之予物的多，思之予心的少。如何推動藝術(shù)與科學研究的深入？需要人類不斷地探索。作為一個大學生，我們