为什么磁力能持久，而人体肌肉却会疲劳？

看到这个标题，也许你会觉得这是一个没有答案的问题因为你相信自然界的基本力是天生永久的，磁铁之间的力也是如此，肌肉会疲劳就更明显了

确实如此！由于磁力的不断作用，人们设计出了各种精巧的磁悬浮实验和设备比如下面动画中的物体，因为磁力抵消了重力，所以可以避免下落对于永久磁铁来说，它的磁力会一直持续，没有额外的成本

但是，在很多人眼里，磁力，一种没有代价的执着的力量，是不寻常的，甚至有点怪异在他们的认知中，磁力不是靠绳子和杆子的连接来维持的，而是从远处施加的，不会持久

甚至有人认为磁力就像某种神秘的力量，通过能量消耗反复获得这可能和有些人武侠片看多了，觉得磁力就像武林英雄的内功有关既然乔峰记录龙的十八掌需要很大的技巧，磁力应该也是不可持续的

面对这些荒谬的观点和问题，你可能会说:想多了。磁力源于运动电荷之间的一种作用，本身就是永久的！你最好读书，不要光想而不学习！

对于一个学过物理或者打算学物理的人来说，这个答案不算完美，但基本到位但是，如果对方是个物理小白，回答就太敷衍了

那么，面对这类问题，正确的科普姿势应该是怎样的呢。

简单来说，消除错误观念，树立正确的身体形象。

为了达到这个目的，首先要了解和探究提问者的误解是什么，这样才能对症下药之所以要了解和探究，一方面是因为通过询问对方提问的目的，可以知道对方真正关心的是什么，你也可以把自己代入对方的知识层面——设身处地为对方着想，来猜测他可能误解的症结所在

对于很多人来说，当他们面对一些新的物理问题时，他们很容易受到他们现有的生活经验或旧的物理知识的影响所以他们对一些物理问题有先入为主的错误认识

比如已经了解到气流或者水流的持续冲击可以产生力，就像下图中的乒乓球在吹风机的气流中漂浮一样据此，他们认为磁力也是一种类似的力，需要外界提供能量因此，他们惊讶于磁力可以永远存在

可是很明显，磁力根本不是由某种神秘的气流引起的，而是自然界的一种基本相互作用对于磁体来说，是磁体中带电粒子与电子的相互作用

因为磁铁中的大部分电子整齐地向一个方向旋转，这就产生了磁力只要那些同方向旋转的电子留在那里，它们的相互作用就会一直在那里，在宏观上就会造成一种持续的磁力

对于理解做功概念的人来说，当受力的磁铁不动时，虽然磁力继续作用，但实际上没有做功，所以不需要能量输入。

其实这种不需要额外成本的持久力比磁力还多。

最容易想到的是，地球上的物体不都是受到持久引力的吗同样，电荷之间的力不也是一样的吗

是的，两个点电荷之间的库仑力是持久的，两个粒子之间的引力是持久的，各种基本粒子之间的相互作用——强相互作用和弱相互作用——也是持久的。

这些基本的相互作用是构成宇宙的各种力的基本组成部分既然都是为了时间而持续，不需要任何其他成本，那么世界上所有力量的作用自然是持续的，不需要任何额外的成本

正因为如此，当我们坐在椅子上时，地球对我们施加了一个持久的引力，我们的身体对椅子施加了一个持久的压力，反过来又为我们提供了持久的支撑地球，我们和椅子都不用为这些功能额外付费

事实上，在我们日常生活中所经历的所有力中，除了地球给予的惯性力和重力，其他所有力本质上都是由于电荷之间的相互作用——电磁力。

电磁力要么不断排斥，要么不断吸引，双方不需要直接接触。

你眼中常见的各种动作——拉，揉，拍打，它们本质上都是电磁力引起的，背后的力是由无数基本的持久的吸引力和排斥力组成的。

为什么我们没有被困在椅子上这完全可以理解为大量电荷间排斥力集体作用的结果，绳子之所以能抗张力，是因为它内部大量电荷之间的吸引力，当我们用力按压桌面时，桌面会有持续的阻力响应，类似于磁铁之间的斥力

既然你从来不怀疑这些力的持久性，而磁力和它们其实都属于电磁力，那么自然，磁力的持久性是必然的！

但是这个解释，就算科普完成了。

对某些人来说，够了，但对很多人来说，恐怕还不够！

他们还是觉得奇怪:既然力是持久的，只要不做功，就不应该要付出代价但是为什么不做工作还是要付出代价呢

举个例子，当你举起一个重物时，即使你站着不动，你的体力也在不断消耗过一段时间你就要开始两场战争了，你会累得要命很明显，你提供的升力需要能量来维持，而重力只是简单地，不计成本地持续下去结果，你输了对地心引力的挑战

比如，当你紧紧握住握柄，你的能量继续被消耗，你的手开始发酸，你的握柄变得飘忽不定，但弹簧一直在和你多肉的手对抗，直到你放弃。在小春面前，你又彻底败了！

这个问题困扰了很多人，很多学过大学物理的人还是不知道怎么回答原因是它不是一个纯粹的物理问题，需要一点生理知识才能理解

根据生理学，人体的力是由肌肉产生的人体共有639块肌肉，分为骨骼肌，平滑肌和心肌三种

骨骼肌是使骨骼运动的肌肉因为它们的活动既受神经支配，又受意识控制，所以也被称为随意肌收缩的特点是快速有力它能在意识的控制下做出强烈的收缩，人的四肢和躯干上能自由活动的肌肉就属于这一类骨骼肌的缺点是不能长时间维持收缩

平滑肌，即人体内脏的大部分肌肉平滑肌也叫不随意肌，因为不受意识控制，不能自由活动，所以长时间保持收缩或放松它的收缩力小，慢但持久

心肌是心脏特有的肌肉组织，可以自动有节奏地收缩心肌也是非随意肌，使心脏能够以固定的速率跳动，而不随人的意志而改变

根据上面的介绍，骨骼肌可以快速响应神经冲动，产生力量当我们搬运或举起重物时，这是通过神经信号驱动骨骼肌收缩来完成的

对于每一次神经冲动，虽然肌肉反应很快，但持续时间很短因为人的意识命令肌肉不断收缩，在这个过程中，相应的神经信号反复发出，骨骼肌不得不不断做出反应

在长时间的用力过程中，神经信号的发送和反应本身也是消耗体力的时间长了，肌肉反应慢慢跟不上，肌肉开始频繁抽动，导致肌肉疲劳，从而表现出酸痛的感觉，这说明人的体力正在被消耗

与骨骼肌不同，平滑肌是无意识的它只是一种缓慢的活动，可以长时间保持稳定的姿势，不会像骨骼肌那样频繁地对神经冲动做出反应而导致疲劳

例如，软体动物蛤蜊的内收肌是一种平滑肌它一旦保持一定的姿态，就能使蚌壳保持一定程度的开合，一定限度内的力不能改变蚌壳的位置这种肌肉就像积木一样，不停地相互楔入，其肌纤维相互链接，不动，不会消耗能量，但能提供持久的力量

当我们站着或坐着或躺着时，之所以感觉不到疲劳，是因为平滑肌可以长时间维持该功能。

综上所述，人的意识驱动的骨骼肌力即使不做功，但因为肌肉反复响应神经信号而消耗能量，相当于做功，可以理解为生理性做功。

这就是为什么当你举起或举起重物时，即使保持不动，也会消耗人的能量。

现在你应该明白了，磁力之所以能持久，是因为它只是一种基本力，自然界的基本力本来就是持久的之所以没有做过体力工作的人体肌肉也会疲劳，是因为肌肉做了生理工作

最后说一下这篇文章的写作动机和背景。

本文的主要观点来自著名物理学家，诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼涉及到两个主要的背景材料

一个是费曼在纪录片《想象的乐趣》中对磁力的有趣解释，第二，费曼在他的著作《费曼物理学讲义第一卷》中详细解释了功的概念感谢一位懂行的老师在群里分享这个内容

费曼不愧是科普大师他通过通俗而简单的对比，阐述了面对不同对象时，如何做好科普工作

简单来说，为了更好地给别人科普物理，要根据对方的知识水平和对物理的理解程度，选择不同的讲解方案但无论你怎么解释，都必须诚实准确，千万不能试图用那个不恰当的比喻蒙混过关

参考

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