内容简介
《趣味物理学问答》是俄罗斯著名科普作家别莱利曼百余部作品之一。
在物理学领域,存在一个很常见的奇怪现象——很多对物理感兴趣的读者都去过早地关注物理学科领域的最新成果。很少有人去关注并巩固自己的物理学基础知识,很多人认为物理学的基础就是能背下一些定律,公式等,物理学的发展都是顺理成章的事、但是.没有坚实的物理学基础你无法正确、完整地理解物理学新进展。
《趣味物理学问答》可以被看作一本涉猎较广的物理学“问答测验”,它能帮助测验出善于思考的读者实际掌握物理基础知识的程度,书中的问题虽然乍看简单。但实际上答案经常让读者意想不到——每个人都准备脱口说出答案,但答案却是错误的;原因就在于读者们并没有真正理解掌握那些已经背得滚瓜烂熟的貌似已经“掌握”的知识。
本书旨在告诉读者,基础物理领域的内容远比很多人想像的要丰富得多。并且纠正那些平时常见的错误的物理学观点。希望通过这样的“趣味问答测验”,鼓励读者批评性地“温故”并认真检测自己的物理学知识。从而轻松地走进物理学的大门。
作者简介
别莱利曼(1882—1942),不是一个可以用“学者”这个词的本意来形容的学者。他没有过科学发现,没有过什么称号,但是他把自己的一生都献给了科学;他从来不认为自己是一个作家,但是他的作品的印刷量足以让任何一个成功的作家艳羡不已。别莱利曼诞生于俄国格罗德省别洛斯托克市。他17岁开始在报刊上发表作品,1909年毕业于圣彼得堡林学院,之后便全力从事教学与科学写作。1913~1916年完成《趣味物理学》,这为他后来完成一系列趣味科学读物奠定了基础。1919~1923年,他创办了苏联第一份科普杂志《在大自然的实验室里》并任主编。1925~1932年,担任时代出版社理事,组织出版大量趣味科普图书。1935年,他创办和主持列宁格勒(圣彼得堡)“趣味科学之家”博物馆,开展广泛的少年科学活动。在反法西斯侵略的卫国战争中,还为苏联军人举办军事科普讲座,这也是他几十年科普生涯的最后奉献。在德国法西斯侵略军围困列宁格勒期间,这位对世界科普事业做出非凡贡献的趣味科学大师不幸于1942年3月16日辞世。
别莱利曼一生写了105本书,大部分是趣味科学读物。他的作品中很多部已经再版几十次,被翻译成多国语言,至今依然在全球范围再版发行,深受全世界读者的喜爱。
凡是读过别莱利曼的趣味科学读物的人,无不为他作品的优美、流畅、充实和趣味化而倾倒。他将文学语言和科学语言完美地结合,将生活实际与科学理论巧妙联系:能把一个问题、一个原理叙述得简洁生动而又十分准确、妙趣横生——使人忘记自己是在读书、学习,而倒像是在听什么新奇的故事。
1957年苏联发射了第一颗人造地球卫星。1959年发射的无人月球探测器“月球3号”传回了航天学史上第一张月球背面照片,其中拍到的一个月球环形山后来被命名为“别莱利曼”环形山,用以纪念这位卓越的科普大师。
内页插图
目录
第1章 力学
1.1 比米更大的长度单位
1.2 升和立方分米
1.3 最小的长度单位
1.4 最大的长度单位
1.5 轻金属,比水还轻的金属
1.6 密度最大的物质
1.7 无人岛上
1.8 蜘蛛丝的重量
1.9 埃菲尔铁塔模型
1.10 手指上的1000个大气压
1.11 昆虫的力气
1.12 河上的桨手
1.13 系在气球上的旗子
1.14 水面上的波纹
1.15 瓶子和轮船
1.16 惯性定律和生物
1.17 运动和内力
1.18 摩擦是一种力
1.19 摩擦和动物的运动
1.20 绳索的拉力
1.21 马德堡半球
1.22 弹簧秤
1.23 在秤盘上蹲下
1.24 在气球里
1.25 瓶子里的苍蝇
1.26 麦克斯韦摆轮
1.27 火车上的木工水平仪
1.28 蜡烛火焰的偏移
1.29 被折断的杆
1.30 两根弹簧
1.31 杠杆
1.32 在秤盘上
1.33 垂弛的绳子
1.34 被困的汽车
1.35 摩擦力和润滑剂
1.36 掷向空中和沿着冰面
1.37 物体降落
1.38 延迟跳伞
1.39 朝哪个方向扔瓶子?
1.40 抛出车外
1.41 三枚炮弹
1.42 抛物的轨迹
1.43 炮弹的最大速度
1.44 跳水
1.45 位于桌沿上
1.46 在坡面上
1.47 两只球
1.48 两个圆柱体
1.49 天平上的沙漏
1.50 漫画中的力学
1.51 滑轮上的重物
1.52 圆锥体的重心
1.53 在降落的电梯舱内
1.54 向上加速落体
1.55 水中的茶叶
1.56 秋千上
1.57 引力的悖论
1.58 铅垂线的方向
第2章 液体的性质
2.59 水和气体
2.60 最轻的液体
2.61 阿基米德的命题
2.62 水的压缩性
2.63 向水射击
2.64 水中的电灯泡
2.65 漂浮在水银中
2.66 陷入流沙中
2.67 液体成球形
2.68 水珠的重量
2.69 液体在毛细管中的高度
2.70 在倾斜的管中
2.71 移动的两滴液体
2.72 沉底的木板
2.73 表层张力消失
2.74 表面压力
2.75 自来水龙头
2.76 流速
2.77-78 与浴缸有关的问题
2.79 水漩涡
2.80 春汛和枯水期
2.81 波浪
第3章 气体的性质
3.82 空气的第三种主要成分
3.83 最重的气体
3.84 人能承受20吨的压力吗?
3.85 呼气时所用的力
3.86 火药气体的压强
3.87 倒置水杯中的水
3.88 飓风和蒸汽
3.89 哪个含氧气更多些?
3.90 水中的气泡
3.91 为什么云层不会掉落?
3.92 子弹和球
3.93 称出气体的重量?
3.94 模仿大象
3.95 为什么在平流层中的高空气球吊舱不会爆裂
3.96 向气球的悬篮中导人绳子
3.97 悬挂在天平上的气压计
3.98 空气中的虹吸现象
3.99 真空中的虹吸现象
3.100 气体的虹吸现象
3.101 用抽水机向高处汲水
3.102 气体的流动
3.103 无功耗发动机有设计方案
3.104 开水灭火
3.105 储罐问题
3.106 大洋底部的小气泡
3.107 真空中的锡格涅水车
3.108 干燥和湿润空气的重量
3.109 最大真空度
3.110 “真空”是什么
3.111 大气为什么存在?
3.112 没存将储气灌充满的气体
第4章 热现象
4.113 华氏温度计的由来
4.114 温度计上刻度的长度
4.115 测量750~C的温度计
4.116 温度计上的度数划分
4.117 钢筋混凝土的热膨胀率
4.118 热膨胀率最大的物体
4.119 热膨胀率最小的物质
4.120 一些反常的热膨胀
4.121 铁板上的洞
4.122 热膨胀的力量
4.123 水管里的小气泡
4.124 空气的流动
4.125 雪和木头的导热率
4.126 铜器皿和生铁器皿
4.127 冬天涂上腻子的窗框
4.128 在有炉火的房间里
4.129 河底的水
4.130 河水的结冰
4.131 为什么上层的空气要比下面的冷?
4.132 加热的速度
4.133 火焰的温度
4.134 为什么钉子在烛火中不会熔化?
4.135 什么是“卡路里”?
4.136 对三种状态下的水进行加热
4.137 加热1立方厘米的铜
4.138 比热容最大的物质
4.139 食品的比热容
4.140 熔点最低的金属
4.141 熔点最高的金属
4.142 受热的钢材
4.143 放在冰里的水瓶子
4.144 冰能够沉到水底吗?
4.145 管道里水的结冰
4.146 冰到底有多滑
4.147 冰熔点的降低
4.148 干冰
4.149 水蒸气的颜色
……
第5章 声现象与光现象
第6章 其他一些问题
精彩书摘
这种指责是正确的吗?它是否动摇了人们借助液体和气体体积来测量温度的信心呢?
【解】卡彭特在“我们温度计刻度的划分是基于什么”这样一个问题上与他人有过很多争论(包括托尔斯泰,最终托同意了他的观点)。卡彭特认为:规定的温度增量与被测温物质的体积增量是成绝对正比关系的。
与这种观点相左,批评者试图用下面的观点来代替:规定的温度增量与被测温物体的体积增量只存在相对比例关系。
其实争论两方观点的对错就像争论是用英尺还是米来测量长度才是准确的一样,两种观点都是在一定条件下才成立的。语言仅能够谈论哪种观点在特定情况下是适合的,便捷的。
卡彭特的观点在科学史上其实曾经被著名物理学家道尔顿提出过,即“道尔顿温标”。在这种温标体系下是不可能存在绝对零度的,若是接受这种体系划分,整个热力学的研究将发生极大的变化。这种变革不会简化,相反,会使对自然规律的解释变得更加复杂。所以卡彭特和托尔斯泰在不经意间试图恢复的道尔顿温标,在当时是一定会遭到排斥的。
……
前言/序言
《奇妙的物理世界:从微观粒子到宏观宇宙的探索之旅》 本书是一扇通往奇妙物理世界的大门,它将带领读者穿越时空的界限,探索构成我们宇宙最基本规律的奥秘。我们将从最微小的粒子出发,揭示它们如何构筑起我们眼前所见的一切,再将目光投向浩瀚的星辰大海,理解宇宙运行的宏伟图景。这不仅仅是一本知识的堆砌,更是一场充满好奇与发现的思维探险,旨在点燃你对科学的热情,让你以全新的视角审视身边的世界。 第一章:微观粒子——构成万物的基石 在最深的层面,物质并非我们肉眼所见的连续统一体,而是由无数微小的、跳跃着的粒子构成的。我们将从原子这个古老的概念出发,追溯其发现的历史,了解原子核的结构,以及围绕着原子核运动的电子。但这并非故事的终点。随着科学的进步,我们发现了比原子更小的粒子——基本粒子。质子和中之中,它们本身又是由更小的夸克组成的。而电子,这种带负电的粒子,似乎是“基本”的,但它与光的粒子——光子,以及其他无数奇特的粒子,共同编织了粒子物理学的宏大图景。 我们将深入探讨标准模型,这个目前为止最成功的粒子物理理论。它描绘了四种基本力(强核力、弱核力、电磁力和引力)以及它们传递的粒子。例如,光子是电磁力的载体,介子传递着强核力,而W和Z玻色子则参与弱核力的作用。我们会了解到,为什么有些粒子有质量,而有些没有,并简要介绍希格斯玻色子在其中扮演的关键角色。更进一步,我们将探讨一些超越标准模型的理论,比如超对称性,以及是否存在我们尚未发现的粒子,例如暗物质粒子。 在这一章中,你会惊叹于粒子世界的“混沌”与“秩序”并存。一方面,粒子在不断地碰撞、衰变、湮灭,展现出生命的活力;另一方面,它们又遵循着精确的物理定律,构成一个有条不紊的宇宙。我们将用通俗易懂的语言解释这些复杂的概念,并辅以生动的例子,让你能够想象那些抽象的粒子是如何运作的。 第二章:力与运动——世界的驱动者 牛顿力学是理解宏观世界运动的基石。我们将从伽利略的斜面实验出发,理解惯性,也就是物体保持其原有运动状态的倾向。然后,我们将深入探讨牛顿的三大运动定律: 第一定律(惯性定律): 任何物体都会保持静止或匀速直线运动的状态,直到有外力作用于它。 第二定律(加速度定律): 物体的加速度与所受合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向相同。 (F=ma) 第三定律(作用力与反作用力定律): 每一个作用力都存在一个大小相等、方向相反的反作用力。 我们将通过分析各种运动场景来阐释这些定律,比如抛体运动、圆周运动、以及摩擦力的作用。我们会发现,正是这些看似简单的定律,能够解释从行星围绕太阳的运行,到你手中笔的下落,再到汽车的加速与刹车。 除了经典力学,我们还将触及一些更高级的力学概念。例如,什么是功?什么是能量?能量守恒定律在物理学中有多么重要?我们将探讨动能、势能、机械能,以及它们之间的转化。我们还会了解动量及其守恒定律,以及角动量在旋转物体中的作用。 当速度接近光速时,经典力学便不再适用,这时爱因斯坦的狭义相对论便闪耀登场。我们将简要介绍时间膨胀、长度收缩等奇特的相对论效应,以及质量与能量的等价性(E=mc²)。虽然这些效应在日常生活中难以察觉,但它们却是理解宇宙深处现象的关键。 第三章:波与光——信息的传播者 波是能量在空间中传播的一种重要方式,它以各种形式存在于我们的生活中。我们将从最熟悉的声波开始,理解声音是如何通过介质传播的,以及声波的频率、振幅和波长决定了声音的音高、响度和音色。我们会探讨驻波、共振等现象,解释乐器发声的原理,以及声波在工程和医疗领域的应用,例如超声波成像。 然后,我们将把目光投向更广阔的电磁波谱。光,作为我们最主要的视觉信息来源,本身就是一种电磁波。我们将深入了解光的本质,探讨它是粒子(光子)还是波的争论,以及光波的衍射、干涉和偏振等现象。我们会了解可见光是如何被分解成不同颜色的,以及彩虹是如何形成的。 电磁波谱还包括了我们肉眼看不见的射线,如无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线和伽马射线。我们将了解它们各自的特性和广泛的应用,从无线通信、微波炉、遥控器,到医学影像、天文学观测,再到辐射治疗。 在本章中,你将认识到波的普适性,它不仅仅是声音和光的传播方式,更是能量传递的普遍机制。理解波的性质,将帮助你更好地理解通信技术、光学仪器,甚至宇宙中的许多奥秘。 第四章:热与物质——世界的温度计 热力学是研究能量转化和传递的学科,它深刻地影响着我们对世界的理解。我们将从温度和热量的概念入手,区分它们的不同含义。我们将了解热量是如何通过传导、对流和辐射三种方式传递的,以及这三种方式在我们日常生活中的体现,比如金属传导热量、热空气上升、太阳辐射取暖。 我们将探讨物质的三种基本状态:固态、液态和气态,以及它们之间的相变过程,如熔化、凝固、蒸发、冷凝和升华。我们会了解到,物质的宏观性质,如密度、压强、体积,是如何与其微观粒子的运动状态相关的。 热力学第一定律(能量守恒定律)在热力学中扮演着核心角色,它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式,但总量保持不变。我们将探讨热机的工作原理,以及效率的限制。 而热力学第二定律则揭示了宇宙演化的方向性。它告诉我们,在一个孤立系统中,熵(无序度)总是趋于增加。这意味着,从长远来看,宇宙的能量会越来越分散,变得越来越无序。我们将探讨这个定律的深远意义,以及它对我们理解生命和宇宙终极命运的影响。 第五章:电与磁——看不见的力量 电与磁是现代科技的基石,它们密不可分,共同构成了电磁学。我们将从静电学开始,理解电荷的概念,以及同种电荷相斥、异种电荷相吸的库仑定律。我们会探讨电场,以及它如何影响带电粒子。 然后,我们将进入电流的世界。我们将了解电流是由电荷的定向移动形成的,以及欧姆定律(U=IR)如何描述了电压、电流和电阻之间的关系。我们将探讨电路的基本组成部分,如电源、导线、电阻、开关,以及串联和并联电路的区别。 磁场的概念将是本章的重点之一。我们将了解磁场是如何产生的,以及它对磁性物质和运动电荷的作用。我们会发现,电流的流动会产生磁场,而变化的磁场也能产生电流,这就是电磁感应现象。法拉第的电磁感应定律是发电机和变压器工作原理的基础。 麦克斯韦方程组是对电与磁现象的统一描述,它预言了电磁波的存在,并为我们理解光的本质提供了理论依据。我们将简要介绍这个伟大的理论,以及它如何将电、磁、光统一在一个框架下。 本章将让你深入理解从手机通信到电力输送,再到医学成像等无数现代技术的背后原理,认识到电与磁的奇妙力量。 第六章:相对论与宇宙——时空的奥秘与星辰的舞蹈 当我们将目光投向宇宙,爱因斯坦的相对论便成为理解宇宙运行的关键。狭义相对论解决了牛顿力学在高速运动下的局限性,而广义相对论则进一步将引力解释为时空的弯曲。我们将探索引力如何影响光线的传播,以及黑洞这个时空曲率极大的天体。 本章将带领你踏上一场宏大的宇宙之旅。我们将从我们太阳系中的行星运行开始,理解引力如何塑造着天体的轨道。然后,我们将仰望夜空,探索恒星的诞生、演化和死亡。我们会了解各种类型的星系,以及宇宙的膨胀。 我们将深入探讨宇宙学的基本概念,如大爆炸理论,以及宇宙的年龄和未来。我们会了解暗物质和暗能量这两个神秘的组成部分,它们占据了宇宙的大部分物质和能量,但我们对它们的了解却知之甚少。 你还将了解到宇宙微波背景辐射,这是大爆炸的“余晖”,为我们提供了关于早期宇宙的重要信息。我们还会简要介绍引力波,这是时空本身的涟漪,是理解宇宙极端事件(如黑洞合并)的新窗口。 第七章:量子世界——超越日常认知的奇迹 量子力学是描述微观粒子世界的理论,它展现了与我们日常经验截然不同的奇特现象。我们将从普朗克的能量量子化概念开始,理解能量并非连续的,而是以一份一份的“量子”形式存在的。 然后,我们将深入探讨波粒二象性,即微观粒子既表现出波动性,又表现出粒子性。例如,电子既可以像粒子一样被探测到,又可以像波一样发生干涉。我们将了解不确定性原理,它告诉我们,我们不可能同时精确地知道一个粒子的位置和动量。 量子纠缠是一个更加令人着迷的现象,它描述了两个或多个粒子之间存在一种神秘的关联,无论它们相距多远,测量其中一个粒子的状态会瞬间影响另一个粒子的状态。我们还会简要介绍量子隧穿效应,即粒子有一定概率穿过能量高于自身的势垒。 量子力学的发展深刻地影响了我们对物质本质的理解,并催生了激光、半导体、核能等一系列革命性的技术。本章将让你领略到微观世界的“魔幻”与“非凡”,挑战你对现实的认知。 结语:科学精神的传承与未来的展望 本书的每一章都旨在揭示物理学中一个引人入胜的领域,但它并非对所有知识的穷尽。物理学仍然是一个不断发展和探索的学科,无数的未解之谜等待着被解答。我们希望通过这本书,能够点燃你心中对科学的火种,激发你独立思考和探索的热情。 科学的魅力在于其不断求索的精神,在于它能够帮助我们理解我们所处的世界,并为人类的未来发展提供方向。无论你是学生,还是对科学充满好奇的普通读者,本书都希望成为你开启物理学世界的一扇窗,让你在其中发现乐趣,收获知识,并感受到科学的伟大力量。让我们一起,继续在这片广阔的科学海洋中,探索未知的疆域,追寻真理的光芒。