为什么做作业时感觉时间过得很慢， 玩时感觉时间过得很快？

作者：祝磊

小朋友都有切身体会，做作业时，总感觉时间过得特别慢，以为做了 1 小时，实际却只过了 10 分钟。而跟小伙伴玩的时候，正好反过来，时间过得特别快，明明感觉才玩了 10 分钟，电话手表上显示已经过了 1 小时。

这是为什么呢？ 从心理学的角度来看， 那是因为小朋友觉得写作业比较辛苦， 耗费脑力， 所以感觉时间走得特别慢。而反过来，玩是让人放松的事，让人很舒服，时间就会在你玩的时候悄悄溜走。

伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出了另外一种时间的相对 快慢理论，就是相对论。当然，相对论是非常高深的物理学理论，远 远超出我们物理启蒙的范围。相对论认为时间和空间都是相对的，时 间流逝的快慢不是恒定的，而跟观察者的速度有关。而我们的物理启 蒙只谈经典物理学的内容，认为时间流逝的快慢跟观察者的速度无关，1 分钟就是 1 分钟，1 小时就是 1 小时。无论观察者静止不动还是接近光速运动，都不影响时间的流逝。

时间是如何确定的？

很久以前，人类既没有钟表，也没有手机，只能根据自然界的一些事物来确定时间。比如早上鸡叫， 那就该起床了。太阳升起来， 该劳动了。但这些确定时间的方法显然不精确， 人们就利用太阳一天中因高度不同照在物体上投下的阴影长度不同， 制作了日晷。根据日晷上的指针留下的阴影长度和位置来更准确地确定时间。

但是呢，不是每天都是大晴天，遇到阴天或者下雨下雪，日晷就没法用了。那该怎么办呢？

人们想到了用线香来确定时间，线香燃烧的速度是可以控制的， 线香烧完就代表着一定的时间过去了。那究竟线香烧完的时间是多久 呢？有说是半小时的，也有说是 1 小时的。

此外，人们也根据水从铜壶里滴下来的量来确定时间，这种装置叫铜壶滴漏。

沙漏也是常用的计时工具，直到现在还在用。

但这些方法都不够精确。如果要比较准确地测量时间，比如前面我们讲到的伽利略研究自由落体，就需要比较准确地测量时间。那该 怎么办呢？

伽利略当时发现了一个有趣的现象。他将一根细绳一端固定，另一端拴一个小球，悬挂起来，小球就 在最低点保持静止，处于平衡状态。然后他把小球拉离最低点一小段 距离，同时保持细线绷直不松弛。接着他放手让小球运动。他发现， 小球往复运动的时间是相等的，这个时间跟小球的重量、小球离最低 点的距离没有关系，只跟细线的长度有关系。

这个装置叫作单摆，这个现象叫作单摆的等时性。

单摆的等时性原理是指不论摆动幅度（摆角小于 5° 时）大些还是小些，完成一次往复摆动的时间是相同的。

事实上， 单摆往复运动的时间叫作周期， 这个周期公式是T=2π(l/g)^(1/2) ，其中，l 指摆长，g 是当地重力加速度。这个公式是荷兰物理学家惠更斯推导出来的。

利用单摆的等时性，就可以制造更加准确的计时工具，如机械摆钟。

根据惠更斯的单摆周期公式可以计算得到，摆长 1 米的单摆，其周期约为 2 秒。

利用单摆计时对日常生活来说足够准确了，但是单摆由于摆长随 温度、受力和空气阻力等因素的影响，存在一定的误差，对精度要求 高的计时就不合适了。

因此，1967 年，国际度量衡大会规定了秒的定义：铯 -133 的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770 个周期的持续时间。铯 -133 原子的振动很稳定，大约每百万年只有 1 秒的误差， 精度非常高。

划 重 点
1.时间测量工具的发展。日晷、线香、铜壶滴漏、沙漏都可以用来计时，但准确度不高。

2.单摆的等时性。伽利略发现，单摆往复运动的时间是固定的。惠更斯推导出了单摆周期的计算公式。

本文节选自《给孩子的物理启蒙课》（祝磊 著，中国妇女出版社，2022）

来源: 北京建筑大学祝磊老师