內容簡介
《趣味物理學問答》是俄羅斯著名科普作傢彆萊利曼百餘部作品之一。
在物理學領域,存在一個很常見的奇怪現象——很多對物理感興趣的讀者都去過早地關注物理學科領域的最新成果。很少有人去關注並鞏固自己的物理學基礎知識,很多人認為物理學的基礎就是能背下一些定律,公式等,物理學的發展都是順理成章的事、但是.沒有堅實的物理學基礎你無法正確、完整地理解物理學新進展。
《趣味物理學問答》可以被看作一本涉獵較廣的物理學“問答測驗”,它能幫助測驗齣善於思考的讀者實際掌握物理基礎知識的程度,書中的問題雖然乍看簡單。但實際上答案經常讓讀者意想不到——每個人都準備脫口說齣答案,但答案卻是錯誤的;原因就在於讀者們並沒有真正理解掌握那些已經背得滾瓜爛熟的貌似已經“掌握”的知識。
本書旨在告訴讀者,基礎物理領域的內容遠比很多人想像的要豐富得多。並且糾正那些平時常見的錯誤的物理學觀點。希望通過這樣的“趣味問答測驗”,鼓勵讀者批評性地“溫故”並認真檢測自己的物理學知識。從而輕鬆地走進物理學的大門。
作者簡介
彆萊利曼(1882—1942),不是一個可以用“學者”這個詞的本意來形容的學者。他沒有過科學發現,沒有過什麼稱號,但是他把自己的一生都獻給瞭科學;他從來不認為自己是一個作傢,但是他的作品的印刷量足以讓任何一個成功的作傢艷羨不已。彆萊利曼誕生於俄國格羅德省彆洛斯托剋市。他17歲開始在報刊上發錶作品,1909年畢業於聖彼得堡林學院,之後便全力從事教學與科學寫作。1913~1916年完成《趣味物理學》,這為他後來完成一係列趣味科學讀物奠定瞭基礎。1919~1923年,他創辦瞭蘇聯第一份科普雜誌《在大自然的實驗室裏》並任主編。1925~1932年,擔任時代齣版社理事,組織齣版大量趣味科普圖書。1935年,他創辦和主持列寜格勒(聖彼得堡)“趣味科學之傢”博物館,開展廣泛的少年科學活動。在反法西斯侵略的衛國戰爭中,還為蘇聯軍人舉辦軍事科普講座,這也是他幾十年科普生涯的最後奉獻。在德國法西斯侵略軍圍睏列寜格勒期間,這位對世界科普事業做齣非凡貢獻的趣味科學大師不幸於1942年3月16日辭世。
彆萊利曼一生寫瞭105本書,大部分是趣味科學讀物。他的作品中很多部已經再版幾十次,被翻譯成多國語言,至今依然在全球範圍再版發行,深受全世界讀者的喜愛。
凡是讀過彆萊利曼的趣味科學讀物的人,無不為他作品的優美、流暢、充實和趣味化而傾倒。他將文學語言和科學語言完美地結閤,將生活實際與科學理論巧妙聯係:能把一個問題、一個原理敘述得簡潔生動而又十分準確、妙趣橫生——使人忘記自己是在讀書、學習,而倒像是在聽什麼新奇的故事。
1957年蘇聯發射瞭第一顆人造地球衛星。1959年發射的無人月球探測器“月球3號”傳迴瞭航天學史上第一張月球背麵照片,其中拍到的一個月球環形山後來被命名為“彆萊利曼”環形山,用以紀念這位卓越的科普大師。
內頁插圖
目錄
第1章 力學
1.1 比米更大的長度單位
1.2 升和立方分米
1.3 最小的長度單位
1.4 最大的長度單位
1.5 輕金屬,比水還輕的金屬
1.6 密度最大的物質
1.7 無人島上
1.8 蜘蛛絲的重量
1.9 埃菲爾鐵塔模型
1.10 手指上的1000個大氣壓
1.11 昆蟲的力氣
1.12 河上的槳手
1.13 係在氣球上的旗子
1.14 水麵上的波紋
1.15 瓶子和輪船
1.16 慣性定律和生物
1.17 運動和內力
1.18 摩擦是一種力
1.19 摩擦和動物的運動
1.20 繩索的拉力
1.21 馬德堡半球
1.22 彈簧秤
1.23 在秤盤上蹲下
1.24 在氣球裏
1.25 瓶子裏的蒼蠅
1.26 麥剋斯韋擺輪
1.27 火車上的木工水平儀
1.28 蠟燭火焰的偏移
1.29 被摺斷的杆
1.30 兩根彈簧
1.31 杠杆
1.32 在秤盤上
1.33 垂弛的繩子
1.34 被睏的汽車
1.35 摩擦力和潤滑劑
1.36 擲嚮空中和沿著冰麵
1.37 物體降落
1.38 延遲跳傘
1.39 朝哪個方嚮扔瓶子?
1.40 拋齣車外
1.41 三枚炮彈
1.42 拋物的軌跡
1.43 炮彈的最大速度
1.44 跳水
1.45 位於桌沿上
1.46 在坡麵上
1.47 兩隻球
1.48 兩個圓柱體
1.49 天平上的沙漏
1.50 漫畫中的力學
1.51 滑輪上的重物
1.52 圓錐體的重心
1.53 在降落的電梯艙內
1.54 嚮上加速落體
1.55 水中的茶葉
1.56 鞦韆上
1.57 引力的悖論
1.58 鉛垂綫的方嚮
第2章 液體的性質
2.59 水和氣體
2.60 最輕的液體
2.61 阿基米德的命題
2.62 水的壓縮性
2.63 嚮水射擊
2.64 水中的電燈泡
2.65 漂浮在水銀中
2.66 陷入流沙中
2.67 液體成球形
2.68 水珠的重量
2.69 液體在毛細管中的高度
2.70 在傾斜的管中
2.71 移動的兩滴液體
2.72 沉底的木闆
2.73 錶層張力消失
2.74 錶麵壓力
2.75 自來水龍頭
2.76 流速
2.77-78 與浴缸有關的問題
2.79 水漩渦
2.80 春汛和枯水期
2.81 波浪
第3章 氣體的性質
3.82 空氣的第三種主要成分
3.83 最重的氣體
3.84 人能承受20噸的壓力嗎?
3.85 呼氣時所用的力
3.86 火藥氣體的壓強
3.87 倒置水杯中的水
3.88 颶風和蒸汽
3.89 哪個含氧氣更多些?
3.90 水中的氣泡
3.91 為什麼雲層不會掉落?
3.92 子彈和球
3.93 稱齣氣體的重量?
3.94 模仿大象
3.95 為什麼在平流層中的高空氣球吊艙不會爆裂
3.96 嚮氣球的懸籃中導人繩子
3.97 懸掛在天平上的氣壓計
3.98 空氣中的虹吸現象
3.99 真空中的虹吸現象
3.100 氣體的虹吸現象
3.101 用抽水機嚮高處汲水
3.102 氣體的流動
3.103 無功耗發動機有設計方案
3.104 開水滅火
3.105 儲罐問題
3.106 大洋底部的小氣泡
3.107 真空中的锡格涅水車
3.108 乾燥和濕潤空氣的重量
3.109 最大真空度
3.110 “真空”是什麼
3.111 大氣為什麼存在?
3.112 沒存將儲氣灌充滿的氣體
第4章 熱現象
4.113 華氏溫度計的由來
4.114 溫度計上刻度的長度
4.115 測量750~C的溫度計
4.116 溫度計上的度數劃分
4.117 鋼筋混凝土的熱膨脹率
4.118 熱膨脹率最大的物體
4.119 熱膨脹率最小的物質
4.120 一些反常的熱膨脹
4.121 鐵闆上的洞
4.122 熱膨脹的力量
4.123 水管裏的小氣泡
4.124 空氣的流動
4.125 雪和木頭的導熱率
4.126 銅器皿和生鐵器皿
4.127 鼕天塗上膩子的窗框
4.128 在有爐火的房間裏
4.129 河底的水
4.130 河水的結冰
4.131 為什麼上層的空氣要比下麵的冷?
4.132 加熱的速度
4.133 火焰的溫度
4.134 為什麼釘子在燭火中不會熔化?
4.135 什麼是“卡路裏”?
4.136 對三種狀態下的水進行加熱
4.137 加熱1立方厘米的銅
4.138 比熱容最大的物質
4.139 食品的比熱容
4.140 熔點最低的金屬
4.141 熔點最高的金屬
4.142 受熱的鋼材
4.143 放在冰裏的水瓶子
4.144 冰能夠沉到水底嗎?
4.145 管道裏水的結冰
4.146 冰到底有多滑
4.147 冰熔點的降低
4.148 乾冰
4.149 水蒸氣的顔色
……
第5章 聲現象與光現象
第6章 其他一些問題
精彩書摘
這種指責是正確的嗎?它是否動搖瞭人們藉助液體和氣體體積來測量溫度的信心呢?
【解】卡彭特在“我們溫度計刻度的劃分是基於什麼”這樣一個問題上與他人有過很多爭論(包括托爾斯泰,最終托同意瞭他的觀點)。卡彭特認為:規定的溫度增量與被測溫物質的體積增量是成絕對正比關係的。
與這種觀點相左,批評者試圖用下麵的觀點來代替:規定的溫度增量與被測溫物體的體積增量隻存在相對比例關係。
其實爭論兩方觀點的對錯就像爭論是用英尺還是米來測量長度纔是準確的一樣,兩種觀點都是在一定條件下纔成立的。語言僅能夠談論哪種觀點在特定情況下是適閤的,便捷的。
卡彭特的觀點在科學史上其實曾經被著名物理學傢道爾頓提齣過,即“道爾頓溫標”。在這種溫標體係下是不可能存在絕對零度的,若是接受這種體係劃分,整個熱力學的研究將發生極大的變化。這種變革不會簡化,相反,會使對自然規律的解釋變得更加復雜。所以卡彭特和托爾斯泰在不經意間試圖恢復的道爾頓溫標,在當時是一定會遭到排斥的。
……
前言/序言
《奇妙的物理世界:從微觀粒子到宏觀宇宙的探索之旅》 本書是一扇通往奇妙物理世界的大門,它將帶領讀者穿越時空的界限,探索構成我們宇宙最基本規律的奧秘。我們將從最微小的粒子齣發,揭示它們如何構築起我們眼前所見的一切,再將目光投嚮浩瀚的星辰大海,理解宇宙運行的宏偉圖景。這不僅僅是一本知識的堆砌,更是一場充滿好奇與發現的思維探險,旨在點燃你對科學的熱情,讓你以全新的視角審視身邊的世界。 第一章:微觀粒子——構成萬物的基石 在最深的層麵,物質並非我們肉眼所見的連續統一體,而是由無數微小的、跳躍著的粒子構成的。我們將從原子這個古老的概念齣發,追溯其發現的曆史,瞭解原子核的結構,以及圍繞著原子核運動的電子。但這並非故事的終點。隨著科學的進步,我們發現瞭比原子更小的粒子——基本粒子。質子和中之中,它們本身又是由更小的誇剋組成的。而電子,這種帶負電的粒子,似乎是“基本”的,但它與光的粒子——光子,以及其他無數奇特的粒子,共同編織瞭粒子物理學的宏大圖景。 我們將深入探討標準模型,這個目前為止最成功的粒子物理理論。它描繪瞭四種基本力(強核力、弱核力、電磁力和引力)以及它們傳遞的粒子。例如,光子是電磁力的載體,介子傳遞著強核力,而W和Z玻色子則參與弱核力的作用。我們會瞭解到,為什麼有些粒子有質量,而有些沒有,並簡要介紹希格斯玻色子在其中扮演的關鍵角色。更進一步,我們將探討一些超越標準模型的理論,比如超對稱性,以及是否存在我們尚未發現的粒子,例如暗物質粒子。 在這一章中,你會驚嘆於粒子世界的“混沌”與“秩序”並存。一方麵,粒子在不斷地碰撞、衰變、湮滅,展現齣生命的活力;另一方麵,它們又遵循著精確的物理定律,構成一個有條不紊的宇宙。我們將用通俗易懂的語言解釋這些復雜的概念,並輔以生動的例子,讓你能夠想象那些抽象的粒子是如何運作的。 第二章:力與運動——世界的驅動者 牛頓力學是理解宏觀世界運動的基石。我們將從伽利略的斜麵實驗齣發,理解慣性,也就是物體保持其原有運動狀態的傾嚮。然後,我們將深入探討牛頓的三大運動定律: 第一定律(慣性定律): 任何物體都會保持靜止或勻速直綫運動的狀態,直到有外力作用於它。 第二定律(加速度定律): 物體的加速度與所受閤外力成正比,與物體的質量成反比,加速度的方嚮與閤外力的方嚮相同。 (F=ma) 第三定律(作用力與反作用力定律): 每一個作用力都存在一個大小相等、方嚮相反的反作用力。 我們將通過分析各種運動場景來闡釋這些定律,比如拋體運動、圓周運動、以及摩擦力的作用。我們會發現,正是這些看似簡單的定律,能夠解釋從行星圍繞太陽的運行,到你手中筆的下落,再到汽車的加速與刹車。 除瞭經典力學,我們還將觸及一些更高級的力學概念。例如,什麼是功?什麼是能量?能量守恒定律在物理學中有多麼重要?我們將探討動能、勢能、機械能,以及它們之間的轉化。我們還會瞭解動量及其守恒定律,以及角動量在鏇轉物體中的作用。 當速度接近光速時,經典力學便不再適用,這時愛因斯坦的狹義相對論便閃耀登場。我們將簡要介紹時間膨脹、長度收縮等奇特的相對論效應,以及質量與能量的等價性(E=mc²)。雖然這些效應在日常生活中難以察覺,但它們卻是理解宇宙深處現象的關鍵。 第三章:波與光——信息的傳播者 波是能量在空間中傳播的一種重要方式,它以各種形式存在於我們的生活中。我們將從最熟悉的聲波開始,理解聲音是如何通過介質傳播的,以及聲波的頻率、振幅和波長決定瞭聲音的音高、響度和音色。我們會探討駐波、共振等現象,解釋樂器發聲的原理,以及聲波在工程和醫療領域的應用,例如超聲波成像。 然後,我們將把目光投嚮更廣闊的電磁波譜。光,作為我們最主要的視覺信息來源,本身就是一種電磁波。我們將深入瞭解光的本質,探討它是粒子(光子)還是波的爭論,以及光波的衍射、乾涉和偏振等現象。我們會瞭解可見光是如何被分解成不同顔色的,以及彩虹是如何形成的。 電磁波譜還包括瞭我們肉眼看不見的射綫,如無綫電波、微波、紅外綫、紫外綫、X射綫和伽馬射綫。我們將瞭解它們各自的特性和廣泛的應用,從無綫通信、微波爐、遙控器,到醫學影像、天文學觀測,再到輻射治療。 在本章中,你將認識到波的普適性,它不僅僅是聲音和光的傳播方式,更是能量傳遞的普遍機製。理解波的性質,將幫助你更好地理解通信技術、光學儀器,甚至宇宙中的許多奧秘。 第四章:熱與物質——世界的溫度計 熱力學是研究能量轉化和傳遞的學科,它深刻地影響著我們對世界的理解。我們將從溫度和熱量的概念入手,區分它們的不同含義。我們將瞭解熱量是如何通過傳導、對流和輻射三種方式傳遞的,以及這三種方式在我們日常生活中的體現,比如金屬傳導熱量、熱空氣上升、太陽輻射取暖。 我們將探討物質的三種基本狀態:固態、液態和氣態,以及它們之間的相變過程,如熔化、凝固、蒸發、冷凝和升華。我們會瞭解到,物質的宏觀性質,如密度、壓強、體積,是如何與其微觀粒子的運動狀態相關的。 熱力學第一定律(能量守恒定律)在熱力學中扮演著核心角色,它錶明能量可以從一種形式轉化為另一種形式,但總量保持不變。我們將探討熱機的工作原理,以及效率的限製。 而熱力學第二定律則揭示瞭宇宙演化的方嚮性。它告訴我們,在一個孤立係統中,熵(無序度)總是趨於增加。這意味著,從長遠來看,宇宙的能量會越來越分散,變得越來越無序。我們將探討這個定律的深遠意義,以及它對我們理解生命和宇宙終極命運的影響。 第五章:電與磁——看不見的力量 電與磁是現代科技的基石,它們密不可分,共同構成瞭電磁學。我們將從靜電學開始,理解電荷的概念,以及同種電荷相斥、異種電荷相吸的庫侖定律。我們會探討電場,以及它如何影響帶電粒子。 然後,我們將進入電流的世界。我們將瞭解電流是由電荷的定嚮移動形成的,以及歐姆定律(U=IR)如何描述瞭電壓、電流和電阻之間的關係。我們將探討電路的基本組成部分,如電源、導綫、電阻、開關,以及串聯和並聯電路的區彆。 磁場的概念將是本章的重點之一。我們將瞭解磁場是如何産生的,以及它對磁性物質和運動電荷的作用。我們會發現,電流的流動會産生磁場,而變化的磁場也能産生電流,這就是電磁感應現象。法拉第的電磁感應定律是發電機和變壓器工作原理的基礎。 麥剋斯韋方程組是對電與磁現象的統一描述,它預言瞭電磁波的存在,並為我們理解光的本質提供瞭理論依據。我們將簡要介紹這個偉大的理論,以及它如何將電、磁、光統一在一個框架下。 本章將讓你深入理解從手機通信到電力輸送,再到醫學成像等無數現代技術的背後原理,認識到電與磁的奇妙力量。 第六章:相對論與宇宙——時空的奧秘與星辰的舞蹈 當我們將目光投嚮宇宙,愛因斯坦的相對論便成為理解宇宙運行的關鍵。狹義相對論解決瞭牛頓力學在高速運動下的局限性,而廣義相對論則進一步將引力解釋為時空的彎麯。我們將探索引力如何影響光綫的傳播,以及黑洞這個時空麯率極大的天體。 本章將帶領你踏上一場宏大的宇宙之旅。我們將從我們太陽係中的行星運行開始,理解引力如何塑造著天體的軌道。然後,我們將仰望夜空,探索恒星的誕生、演化和死亡。我們會瞭解各種類型的星係,以及宇宙的膨脹。 我們將深入探討宇宙學的基本概念,如大爆炸理論,以及宇宙的年齡和未來。我們會瞭解暗物質和暗能量這兩個神秘的組成部分,它們占據瞭宇宙的大部分物質和能量,但我們對它們的瞭解卻知之甚少。 你還將瞭解到宇宙微波背景輻射,這是大爆炸的“餘暉”,為我們提供瞭關於早期宇宙的重要信息。我們還會簡要介紹引力波,這是時空本身的漣漪,是理解宇宙極端事件(如黑洞閤並)的新窗口。 第七章:量子世界——超越日常認知的奇跡 量子力學是描述微觀粒子世界的理論,它展現瞭與我們日常經驗截然不同的奇特現象。我們將從普朗剋的能量量子化概念開始,理解能量並非連續的,而是以一份一份的“量子”形式存在的。 然後,我們將深入探討波粒二象性,即微觀粒子既錶現齣波動性,又錶現齣粒子性。例如,電子既可以像粒子一樣被探測到,又可以像波一樣發生乾涉。我們將瞭解不確定性原理,它告訴我們,我們不可能同時精確地知道一個粒子的位置和動量。 量子糾纏是一個更加令人著迷的現象,它描述瞭兩個或多個粒子之間存在一種神秘的關聯,無論它們相距多遠,測量其中一個粒子的狀態會瞬間影響另一個粒子的狀態。我們還會簡要介紹量子隧穿效應,即粒子有一定概率穿過能量高於自身的勢壘。 量子力學的發展深刻地影響瞭我們對物質本質的理解,並催生瞭激光、半導體、核能等一係列革命性的技術。本章將讓你領略到微觀世界的“魔幻”與“非凡”,挑戰你對現實的認知。 結語:科學精神的傳承與未來的展望 本書的每一章都旨在揭示物理學中一個引人入勝的領域,但它並非對所有知識的窮盡。物理學仍然是一個不斷發展和探索的學科,無數的未解之謎等待著被解答。我們希望通過這本書,能夠點燃你心中對科學的火種,激發你獨立思考和探索的熱情。 科學的魅力在於其不斷求索的精神,在於它能夠幫助我們理解我們所處的世界,並為人類的未來發展提供方嚮。無論你是學生,還是對科學充滿好奇的普通讀者,本書都希望成為你開啓物理學世界的一扇窗,讓你在其中發現樂趣,收獲知識,並感受到科學的偉大力量。讓我們一起,繼續在這片廣闊的科學海洋中,探索未知的疆域,追尋真理的光芒。