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光速聲波物理學(xué) 版權(quán)信息
- ISBN：9787572716379
- 條形碼：9787572716379 ; 978-7-5727-1637-9
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
光速聲波物理學(xué) 本書特色
全球暢銷30年，物理學(xué)奧林匹克競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)得主的啟蒙讀物。
內(nèi)容全部出自名校杰出教授的課堂，趣味物理學(xué)問題引入 細(xì)致前沿解答，指引好奇心，在探究中構(gòu)建通識(shí)思維。
北京大學(xué)科學(xué)傳播中心教授劉華杰、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員茍利軍、知名古生物學(xué)者邢立達(dá)、國(guó)內(nèi)權(quán)威自然科普作家陳睿聯(lián)袂推薦！
湛廬文化出品。
光速聲波物理學(xué) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
駱駝為什么很少中暑？螞蟻和大象究竟誰更強(qiáng)壯？拿起杠鈴和舉著杠鈴，哪個(gè)更累？在海拔4500米的山上，喝沸騰的茶會(huì)燙傷嗎？《光速聲波物理學(xué)》由美國(guó)概念物理教學(xué)先驅(qū)、加利福利亞大學(xué)伯克利分校教授保羅·休伊特打造，全球暢銷30年，物理學(xué)奧林匹克競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)得主的啟蒙讀物。全書以貼近讀者日常生活的有趣問題引入，輔以細(xì)致、前沿的解答，可以幫助讀者在探究中構(gòu)建通識(shí)思維。
光速聲波物理學(xué) 目錄
《光速聲波物理學(xué)1》
序章 學(xué)習(xí)大自然的規(guī)則
科學(xué)的起點(diǎn)：測(cè)量
科學(xué)的宿命：求真
科學(xué)的未來：全新的可能
**部分 力學(xué)
牛頓**運(yùn)動(dòng)定律——慣性
Q1 物體是如何保持“天性”的？
Q2 慣性為什么不是一種力？
Q3 物體如何保持運(yùn)動(dòng)？
Q4 靜止的物體如何受力？
Q5 飛機(jī)在飛行中如何保持平衡？
Q6 為什么在行駛的火車上起跳會(huì)落在原地？
速度如何影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
Q1 我們相對(duì)于太陽的速度是多少？
Q2 為什么公交車加速時(shí)，人站不穩(wěn)？
Q3 什么情況下，羽毛和硬幣的下落速度相同？
Q4 為什么飛機(jī)會(huì)被吹離航線？
是什么影響了物體的下落
Q1 “牛頓世界”的力有哪些？
Q2 下雪天為什么不能猛踩剎車？
Q3 如何在真空狀態(tài)下稱重？
Q4 真空中，硬幣和羽毛受到的重力相等嗎？
Q5 自由落地運(yùn)動(dòng)如何“自由”？
Q6 跳傘者為什么不會(huì)加速降落？
力是如何相互作用的
Q1 你在推墻時(shí)，墻也在推你嗎？
Q2 為什么桌上的書不會(huì)“自發(fā)”地加速?
Q3 在馬路上行走時(shí)，道路會(huì)升起“迎接”你嗎？
Q4 滑雪時(shí)如何保持平衡？
Q5 為什么候鳥遷徙時(shí)呈V形？
什么是運(yùn)動(dòng)中的慣性
Q1 同樣速度下，為什么卡車比小汽車更難停下？
Q2 從高處跳到地面為何要彎曲膝蓋？
Q3 為什么發(fā)生反彈時(shí)沖量更大？
Q4 為什么推儀表盤不會(huì)讓車動(dòng)起來？
Q5 什么情況下碰撞的物體會(huì)“粘”在一起？
能量是如何轉(zhuǎn)換的
Q1 拿起杠鈴和舉著杠鈴，哪個(gè)更累？
Q2 是什么讓過山車在空中轉(zhuǎn)圈？
Q3 為什么車速越快，剎車距離越長(zhǎng)？
Q4 太陽為什么會(huì)發(fā)光？
Q5 為什么“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球”？
Q6 世界上存在效率達(dá)100%的機(jī)械嗎？
Q7 大自然取之不盡的能源是什么？
物體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生了什么
Q1 旋轉(zhuǎn)時(shí)，為什么外側(cè)軌道速度更快？
Q2 洗衣機(jī)的脫水功能是如何實(shí)現(xiàn)的？
Q3 汽車向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，為何身體會(huì)向右傾斜？
Q4 是什么讓陀螺持續(xù)旋轉(zhuǎn)？
Q5 兩個(gè)體重不同的人能讓蹺蹺板平衡嗎？
Q6 為什么比薩斜塔不會(huì)倒塌？
Q7 滑冰時(shí)，為何收回手臂和腿時(shí)旋轉(zhuǎn)更快？
引力如何塑造世界
Q1 地球的引力也在吸引月球嗎？
Q2 為什么體重會(huì)因地點(diǎn)的不同而不同？
Q3 海水為什么會(huì)出現(xiàn)周期性的漲落？
Q4 當(dāng)你掉進(jìn)一個(gè)貫穿地球的洞里會(huì)發(fā)生什么？
Q5 坐過山車時(shí)為什么會(huì)有失重感？
Q6 黑洞具有攻擊性嗎？
Q7 地球?yàn)槭裁词菆A的？
衛(wèi)星是如何運(yùn)動(dòng)的
Q1 投出的球?yàn)槭裁囱貟佄锞運(yùn)動(dòng)？
Q2 衛(wèi)星如何實(shí)現(xiàn)繞地飛行？
Q3 衛(wèi)星軌道是圓形還是橢圓形的？
Q4 行星運(yùn)動(dòng)的三大定律是什么？
Q5 什么樣的速度能夠讓衛(wèi)星“逃離”地球？
第二部分 物質(zhì)的性質(zhì)
原子如何構(gòu)成了復(fù)雜的世界？
Q1 愛麗絲會(huì)如何漫游原子世界？
Q2 為什么說你身體里的原子可能與宇宙一樣年代久遠(yuǎn)？
Q3 我們?nèi)绾斡^察原子？
Q4 為什么原子內(nèi)部幾乎是空的？
Q5 原子有多少種結(jié)合方式？
Q6 反物質(zhì)到底是什么？
固體有哪些不為人知的特性？
Q1 晶體是如何形成的?
Q2 一斤棉花和一斤鐵哪個(gè)重？
Q3 為什么棒球被擊打后不會(huì)永久變形？
Q4 為什么拱形建筑更堅(jiān)固？
Q5 螞蟻和大象誰相對(duì)更強(qiáng)壯？
液體能產(chǎn)生哪些力？
Q1 人躺在插滿釘子的床上會(huì)受傷嗎？
Q2 為什么把巨石從河底吊起相對(duì)容易？
Q3 為什么魚能在水中自由上浮和下沉？
Q4 如何用液體控制一臺(tái)挖掘機(jī)？
Q5 雨滴和油滴為何是球形的？
Q6 把方糖一角浸入咖啡，為什么整個(gè)方糖都濕了？
氣體的特性如何影響我們的生活？
Q1 為什么我們感覺不到空氣的重量？
Q2 汽車輪胎里藏著什么氣體定律？
Q3 氣球在空氣中上升要具備什么條件？
Q4 飛馳而過的大車為什么會(huì)產(chǎn)生吸力？
Q5 如何讓熒光燈、霓虹燈中的氣體發(fā)光？
《光速聲波物理學(xué)2》
**部分 熱
溫度是如何產(chǎn)生的
Q1 我們?yōu)楹文芨兄煌臏囟龋?/p>
Q2 物質(zhì)本身含有熱量嗎？
Q3 為什么熱湯比烤面包涼得慢？
Q4 為什么自行車的車胎在夏天時(shí)不宜打太足？
熱是如何傳遞的
Q1 炊具的把手為什么通常是木制的？
Q2 為什么把手放在蠟燭火焰上方會(huì)感覺更熱？
Q3 看得見星星的夜晚更冷嗎？
Q4 為什么冷凍食品在溫暖的房間里升溫更快？
Q5 為什么車在暴曬后內(nèi)部溫度更高？
Q6 人類能多大程度地影響氣候變化?
Q7 我們?cè)陉柟庀聻槭裁茨芨械綔嘏?/p>
Q8 保溫瓶是如何保溫的？
相變是如何發(fā)生的
Q1 冰塊長(zhǎng)時(shí)間放在冰箱里，為什么會(huì)變小？
Q2 濕度會(huì)讓我們感覺更熱還是更冷?
Q3 在海拔4 500米的山上，喝沸騰的茶會(huì)被燙傷嗎？
Q4 為什么天氣太冷就沒法打雪仗？
Q5 為什么用濕手指短暫觸摸熱鍋不會(huì)受傷？
熱力學(xué)告訴我們什么
Q1 溫度有上限和下限嗎？
Q2 為什么搓手掌時(shí)，手掌會(huì)變得更暖和？
Q3 是什么導(dǎo)致了各地的氣候差異？
Q4 駱駝為什么很少中暑？
Q5 在自然界，無序才是常態(tài)嗎？
Q6 如何把炒雞蛋還原成一個(gè)雞蛋？
第二部分 聲
聲音是如何產(chǎn)生和傳播的
Q1 為什么宇宙是寂靜無聲的？
Q2 我們?nèi)绾蚊枥L聲波？
Q3 為什么海嘯過后，被擾亂的物品會(huì)*終回到原位？
Q4 波是如何相互干涉的？
Q5 為什么遠(yuǎn)方急駛過來的火車?guó)Q笛聲變得尖細(xì)？
Q6 飛機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)超音速飛行的？
Q7 聲爆是如何發(fā)生的？
為什么我們能聽見聲音
Q1 大象如何通過聲波交流？
Q2 聲音為什么能在空氣中傳播？
Q3 蝙蝠為何能在暗夜中捕食？
Q4 為什么敲擊不同的物體會(huì)發(fā)出不同的聲音？
Q5 降噪耳機(jī)的原理是什么？
Q6 我們?nèi)绾谓柚曇舻念l率來調(diào)節(jié)樂器？
奇妙的音樂是怎樣產(chǎn)生的
Q1 為什么音樂是千變?nèi)f化的？
Q2 樂器是怎樣發(fā)出聲音的？
Q3 留聲機(jī)的發(fā)聲原理是什么？
Q4 人耳會(huì)自動(dòng)進(jìn)行傅里葉分析嗎？
電和磁
電如何影響世界
Q1 電力是什么樣的？
Q2 為什么靜電有時(shí)很危險(xiǎn)？
Q3 為什么不同材料的導(dǎo)電性存在差異？
Q4 充電的微觀過程發(fā)生了什么？
Q5 電場(chǎng)是什么？
Q6 電如何轉(zhuǎn)換成能量？
電流是怎樣工作的
Q1 電流如何發(fā)揮作用？
Q2 電流過大會(huì)造成哪些危害？
Q3 直流電和交流電有什么不同？
Q4 電子如何運(yùn)動(dòng)？
Q5 為什么LED燈取代了白熾燈？
Q6 電路中的開與關(guān)到底代表什么？
磁如何影響我們的生活
Q1 磁鐵有什么神奇力量？
Q2 信用卡如何刷出信息？
Q3 磁懸浮列車的原理是什么？
Q4 磁場(chǎng)會(huì)怎樣影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)？
Q5 地球的磁場(chǎng)一直保持不變嗎？
Q6 為什么動(dòng)物能感應(yīng)磁場(chǎng)？
電磁感應(yīng)如何發(fā)生
Q1 什么情況下會(huì)發(fā)生電磁感應(yīng)？
Q2 發(fā)電機(jī)如何發(fā)電？
Q3 變壓器如何工作？
Q4 關(guān)電器時(shí)為何要先關(guān)開關(guān)再拔插頭？
Q5 電力公司為什么主要提供交流電？
《光速聲波物理學(xué)3》
**部分 光
光如何“創(chuàng)造”世界
Q1 光竟然是一種電磁波？
Q2 什么是可見光？
Q3 為什么光能夠透過玻璃？
Q4 金屬為什么有光澤？
Q5 日食和月食是怎么形成的？
Q6 我們的眼睛怎么看到物體？
我們?nèi)绾慰吹轿宀拾邤痰念伾?p>Q1 為什么物體有不同的顏色？
Q2 白色如何成為“顏色組合體”？
Q3 如何用彩色顏料調(diào)配出不同的顏色？
Q4 藍(lán)天真的是藍(lán)色的嗎？
Q5 陽光下的水究竟是什么顏色？
光如何反射和折射
Q1 炎熱的夏天，為什么屋頂漆成白色更涼快？
Q2 為什么濕沙看起來比干沙更暗？
Q3 日落時(shí)，為什么太陽沉入地平線以下還能被看到？
Q4 海市蜃樓是如何形成的？
Q5 為什么每個(gè)人看到的彩虹都不同？
Q6 鉆石為什么會(huì)“閃閃發(fā)光”？
Q7 夜空中的星星為什么“眨眼睛”？
Q8 為什么我們?cè)诿髁恋墓饩下看得更清楚？
光波是如何產(chǎn)生的
Q1 為什么水波會(huì)形成同心圓？
Q2 海豚為什么能“像醫(yī)生一樣觀察事物”？
Q3 孔雀羽毛的美麗顏色來自哪里？
Q4 潮濕路面上的油污為何是彩虹色的？
Q5 3D成像的原理是什么？
我們?nèi)绾慰吹焦?p>Q1 極光是如何產(chǎn)生的？
Q2 化學(xué)元素都有自己的“光譜指紋”？
Q3 白熾燈與霓虹燈有什么不一樣？
Q4 怎樣通過恒星發(fā)出的光譜來確定它們的速度？
Q5 為什么不同礦物會(huì)發(fā)出不同顏色的光？
Q6 為什么有些物體可以在黑暗中發(fā)光？
Q7 為什么人們現(xiàn)在普遍使用LED燈？
Q8 為什么我們看不見激光？
光如何開啟量子理論
Q1 量子理論是如何誕生的？
Q2 我們看似“平滑”的世界背后是什么？
Q3 光伏電池如何發(fā)電？
Q4 相機(jī)是如何成像的？
Q5 光子什么時(shí)候會(huì)表現(xiàn)為粒子？
Q6 高速步槍子彈如何擁有波粒二象性？
Q7 原子層面的自然為何是不確定的？
Q8 如何在混亂中尋找秩序？
第二部分 核物理在研究什么
原子和量子如何運(yùn)動(dòng)
Q1 原子核是如何被發(fā)現(xiàn)的？
Q2 電子是如何被發(fā)現(xiàn)的？
Q3 科學(xué)家如何探查太陽的原子結(jié)構(gòu)？
Q4 原子如何塑造生命？
Q5 電子為何“神出鬼沒”？
Q6 通往未來物理學(xué)的窗口是什么？
放射性如何產(chǎn)生和衰變
Q1 我們的生活中到處都有放射性物質(zhì)？
Q2 “輻照食品”為什么是安全的？
Q3 我們?yōu)槭裁锤杏X不到中微子“穿身而過”？
Q4 人體如何成為天然輻射源？
Q5 原子核中有哪些力？
Q6 為什么半衰期不受外界影響 ？
Q7 如何檢查輻射是否過量？
Q8 元素如何相互轉(zhuǎn)化？
Q9 碳-14為何只能探測(cè)5萬年以內(nèi)的歷史？
核裂變和核聚變是如何發(fā)生的
Q1 為什么天然鈾礦床不發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？
Q2 核彈拆除后可以用來發(fā)電嗎？
Q3 核電站如何發(fā)電？
Q4 核廢料會(huì)無限期影響人類嗎？
Q5 愛因斯坦如何理解原子核內(nèi)的能量？
Q6 原子結(jié)合時(shí)如何釋放能量？
Q7 你真的“來自星星”嗎？
第三部分 相對(duì)論告訴我們什么
狹義相對(duì)論告訴我們什么
Q1 運(yùn)動(dòng)背后有什么規(guī)律？
Q2 愛因斯坦如何顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知？
Q3 什么情況下時(shí)間會(huì)走得更快或更慢？
Q4 我們能夠借助星際旅行回到過去嗎？
Q5 物體如何接近甚至超過光速？
Q6 質(zhì)量和能量真的等效嗎？
廣義相對(duì)論告訴我們什么
Q1 光只能沿直線傳播嗎？
Q2 你和別人變老的速度一樣嗎？
Q3 時(shí)空扭曲是怎么發(fā)生的？
Q4 我們?nèi)绾翁綔y(cè)引力波？
展開全部
光速聲波物理學(xué) 相關(guān)資料
本書含有趣的提問和符合現(xiàn)代研究進(jìn)展的回答，“學(xué)傷”了的讀者完全不需要擔(dān)心。這套“妙趣橫生的名校通識(shí)課”覆蓋“天、地、生”，讓你在快樂閱讀的同時(shí)能收獲滿滿。 劉華杰北京大學(xué)科學(xué)傳播中心教授 Q6 為什么在行駛的火車上起跳會(huì)落在原地？
中國(guó)的高速列車以其最高速度行駛，每秒能前進(jìn)一百多米。你在高鐵過道向上跳，經(jīng)過0.5秒落地，為什么不會(huì)在距離起跳點(diǎn)50米的地方落下，而是會(huì)準(zhǔn)確地降落在你的起跳點(diǎn)?這是因?yàn)樵谀?.5秒的跳躍過程中，火車和你前進(jìn)的直線距離相同。牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律告訴我們，如果沒有外力作用速度不會(huì)發(fā)生變化。雖然你相對(duì)于地面的速度很快，但你相對(duì)于火車的速度是0。
當(dāng)哥白尼在16世紀(jì)宣布地球是運(yùn)動(dòng)的，慣性的概念還沒有被眾人理解，關(guān)于地球是否在運(yùn)動(dòng)，仍有很多爭(zhēng)論。大多數(shù)人認(rèn)為使地球運(yùn)動(dòng)所需的力量大得超乎想象，不可能存在。認(rèn)為地球是靜止的人的另一個(gè)論據(jù)是：想象一只鳥兒在一棵大樹的頂端休息，地面上有一條肥嫩多汁的蟲子(見圖1-15)。鳥兒看到蟲子，垂直下落，然后抓住它。如果按照哥白尼的觀點(diǎn)，鳥兒是無法抓住蟲子的。因?yàn)槿绻绨啄崾钦_的，地球?qū)⒁?07000千米/時(shí)的速度在一年內(nèi)繞太陽一周，也就是大約每秒轉(zhuǎn)動(dòng)30千米。假設(shè)鳥兒能在1秒內(nèi)從枝頭飛下來，蟲子會(huì)因?yàn)榈厍虻倪\(yùn)動(dòng)而移動(dòng)30千米，鳥兒想捉蟲是不可能實(shí)現(xiàn)的。但事實(shí)上，鳥兒會(huì)從高高的枝頭上飛下來捕捉蟲子，所以這是地球靜止的證據(jù)。
你能反駁這個(gè)論據(jù)嗎?我們可以用慣性來反駁。你看，不僅地球在以30千米/秒的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，樹、樹枝、樹枝上的鳥兒、地面的蟲子，甚至中間的空氣也在轉(zhuǎn)動(dòng)。它們都以30千米/秒的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。如果沒有外力作用在運(yùn)動(dòng)中的物體上，它們就會(huì)保持勻速運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)鳥兒從枝頭飛下時(shí)，它將保持以30千米/秒的速度運(yùn)動(dòng)，它捕捉蟲子的過程完全不受整個(gè)環(huán)境運(yùn)動(dòng)的影響。這樣的例子還有站在墻邊跳起來，此時(shí)你的腳不再接觸地板，以30千米/秒運(yùn)動(dòng)的墻會(huì)撞到你嗎?事實(shí)是不會(huì)，因?yàn)槟阍谔S前、跳躍中和跳躍后的速度都是30千米/秒。30千米/秒是地球相對(duì)于太陽的速度，而不是墻相對(duì)于你的速度。
400年前，人們很難接受這樣的觀點(diǎn)，這不僅因?yàn)樗麄儧]有認(rèn)識(shí)到慣性，還因?yàn)樗麄儾辉俗咚龠\(yùn)動(dòng)的車輛。在馬車上緩慢而顛簸的旅行不利于揭示慣性效應(yīng)。今天，我們?cè)诟咚龠\(yùn)動(dòng)的高鐵或飛機(jī)上投擲硬幣后，可以在同一位置抓住落下的硬幣，就像是交通工具靜止了一樣(見圖1-16)。就是因?yàn)橛矌旁诒唤幼≈啊⒅泻椭蟮乃竭\(yùn)動(dòng)速度相同，這就是慣性定律成立的論據(jù)。硬幣能跟上我們的速度，這個(gè)過程中重力只影響硬幣在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)。
今天我們對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀念與祖先大不相同。亞里士多德沒認(rèn)識(shí)到慣性的存在，因?yàn)樗麤]有認(rèn)識(shí)到所有運(yùn)動(dòng)的物體都遵循相同的規(guī)則。他認(rèn)為，天空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)則與地面的運(yùn)動(dòng)規(guī)則非常不同；垂直運(yùn)動(dòng)是自然的，水平運(yùn)動(dòng)是不自然的，水平運(yùn)動(dòng)需要持續(xù)的力來維持。然而，伽利略和牛頓發(fā)現(xiàn)，所有運(yùn)動(dòng)的物體都遵循相同的規(guī)則。他們認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)的物體不需要任何力來維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。我們不禁感到好奇，如果亞里士多德認(rèn)識(shí)到各種運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性，科學(xué)的發(fā)展史會(huì)有多大的變化!
Q6 為什么在行駛的火車上起跳會(huì)落在原地？
中國(guó)的高速列車以其最高速度行駛，每秒能前進(jìn)一百多米。你在高鐵過道向上跳，經(jīng)過0.5秒落地，為什么不會(huì)在距離起跳點(diǎn)50米的地方落下，而是會(huì)準(zhǔn)確地降落在你的起跳點(diǎn)?這是因?yàn)樵谀?.5秒的跳躍過程中，火車和你前進(jìn)的直線距離相同。牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律告訴我們，如果沒有外力作用速度不會(huì)發(fā)生變化。雖然你相對(duì)于地面的速度很快，但你相對(duì)于火車的速度是0。
當(dāng)哥白尼在16世紀(jì)宣布地球是運(yùn)動(dòng)的，慣性的概念還沒有被眾人理解，關(guān)于地球是否在運(yùn)動(dòng)，仍有很多爭(zhēng)論。大多數(shù)人認(rèn)為使地球運(yùn)動(dòng)所需的力量大得超乎想象，不可能存在。認(rèn)為地球是靜止的人的另一個(gè)論據(jù)是：想象一只鳥兒在一棵大樹的頂端休息，地面上有一條肥嫩多汁的蟲子(見圖1-15)。鳥兒看到蟲子，垂直下落，然后抓住它。如果按照哥白尼的觀點(diǎn)，鳥兒是無法抓住蟲子的。因?yàn)槿绻绨啄崾钦_的，地球?qū)⒁?07000千米/時(shí)的速度在一年內(nèi)繞太陽一周，也就是大約每秒轉(zhuǎn)動(dòng)30千米。假設(shè)鳥兒能在1秒內(nèi)從枝頭飛下來，蟲子會(huì)因?yàn)榈厍虻倪\(yùn)動(dòng)而移動(dòng)30千米，鳥兒想捉蟲是不可能實(shí)現(xiàn)的。但事實(shí)上，鳥兒會(huì)從高高的枝頭上飛下來捕捉蟲子，所以這是地球靜止的證據(jù)。
你能反駁這個(gè)論據(jù)嗎?我們可以用慣性來反駁。你看，不僅地球在以30千米/秒的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，樹、樹枝、樹枝上的鳥兒、地面的蟲子，甚至中間的空氣也在轉(zhuǎn)動(dòng)。它們都以30千米/秒的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。如果沒有外力作用在運(yùn)動(dòng)中的物體上，它們就會(huì)保持勻速運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)鳥兒從枝頭飛下時(shí)，它將保持以30千米/秒的速度運(yùn)動(dòng)，它捕捉蟲子的過程完全不受整個(gè)環(huán)境運(yùn)動(dòng)的影響。這樣的例子還有站在墻邊跳起來，此時(shí)你的腳不再接觸地板，以30千米/秒運(yùn)動(dòng)的墻會(huì)撞到你嗎?事實(shí)是不會(huì)，因?yàn)槟阍谔S前、跳躍中和跳躍后的速度都是30千米/秒。30千米/秒是地球相對(duì)于太陽的速度，而不是墻相對(duì)于你的速度。
400年前，人們很難接受這樣的觀點(diǎn)，這不僅因?yàn)樗麄儧]有認(rèn)識(shí)到慣性，還因?yàn)樗麄儾辉俗咚龠\(yùn)動(dòng)的車輛。在馬車上緩慢而顛簸的旅行不利于揭示慣性效應(yīng)。今天，我們?cè)诟咚龠\(yùn)動(dòng)的高鐵或飛機(jī)上投擲硬幣后，可以在同一位置抓住落下的硬幣，就像是交通工具靜止了一樣(見圖1-16)。就是因?yàn)橛矌旁诒唤幼≈啊⒅泻椭蟮乃竭\(yùn)動(dòng)速度相同，這就是慣性定律成立的論據(jù)。硬幣能跟上我們的速度，這個(gè)過程中重力只影響硬幣在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)。
今天我們對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀念與祖先大不相同。亞里士多德沒認(rèn)識(shí)到慣性的存在，因?yàn)樗麤]有認(rèn)識(shí)到所有運(yùn)動(dòng)的物體都遵循相同的規(guī)則。他認(rèn)為，天空中的運(yùn)動(dòng)規(guī)則與地面的運(yùn)動(dòng)規(guī)則非常不同；垂直運(yùn)動(dòng)是自然的，水平運(yùn)動(dòng)是不自然的，水平運(yùn)動(dòng)需要持續(xù)的力來維持。然而，伽利略和牛頓發(fā)現(xiàn)，所有運(yùn)動(dòng)的物體都遵循相同的規(guī)則。他們認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)的物體不需要任何力來維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。我們不禁感到好奇，如果亞里士多德認(rèn)識(shí)到各種運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性，科學(xué)的發(fā)展史會(huì)有多大的變化!
Q4 為什么說你身體里的原子可能與宇宙一樣年代久遠(yuǎn)？
原子極其微小，一個(gè)原子比你小很多，就像一顆普通的恒星比你大很多一樣。一個(gè)形象的說法是，我們處于原子和恒星之間。另一種表達(dá)原子之小的方式是，原子的直徑相對(duì)于蘋果的直徑，就像蘋果的直徑相對(duì)于地球的直徑一樣。因此，要想象一個(gè)充滿原子的蘋果，就想象一下地球被蘋果緊密地填滿。兩者所能容納的數(shù)量大致相同。
我們?nèi)庋劭床坏皆樱且驗(yàn)樗鼈兲×恕Ｍ瑯樱覀円部床坏阶钸h(yuǎn)的星星。有很多東西我們用肉眼看不見，但這并不妨礙我們對(duì)這些東西開展調(diào)查，可以通過儀器“看到”它們。
原子數(shù)不勝數(shù)，1克水中大約有100000000000000000000000個(gè)原子。用科學(xué)記數(shù)法表示就是1×10²個(gè)原子。想象一下，你需要多長(zhǎng)時(shí)間才能數(shù)到1×10?呢?如果每次計(jì)數(shù)需要1秒，那么不間斷地計(jì)數(shù)到1×10?需要11.6天；計(jì)數(shù)到1×10°需要31.7年；計(jì)數(shù)到1×10²需要31700年；計(jì)數(shù)到1×10²³,需要的時(shí)間是宇宙年齡的10000倍以上!
1×10²³是一個(gè)巨大的數(shù)字，比世界上所有湖泊和河流中所包含的水滴數(shù)都要多。因此，1克水中的原子數(shù)比世界上所有湖泊和河流中的水滴數(shù)還要多。在大氣中，1升空氣中大約有1×10²³個(gè)原子。有趣的是，大氣層的體積能容納約1×10²³升空氣。原子是如此之小，如此之多，以至于在任何時(shí)候，人體肺部空氣中的原子數(shù)量與地球大氣中的空氣體積都擁有相同的數(shù)量級(jí)。
原子在不斷移動(dòng)：在固體中，原子在原地振動(dòng)；在液體中，它們從一個(gè)位置遷移到另一個(gè)位置；而在氣體中，原子的遷移范圍更大。例如，在一杯水中滴一滴食用色素，它會(huì)很快擴(kuò)散到整個(gè)杯子中。同樣，將一杯食用色素倒入海洋，食用色素會(huì)擴(kuò)散，最終在世界所有海洋的每一個(gè)角落都能找到它的身影。
大氣中的原子和分子以高達(dá)10倍音速的速度快速移動(dòng)。它們傳播得很快，所以你在幾天前呼吸的一些氧分子可能已經(jīng)遍布全國(guó)一半的地區(qū)。進(jìn)一步看圖10-3,我們發(fā)現(xiàn)，你呼出的空氣很快就會(huì)與大氣中的其他原子混合。幾年后，你呼出的空氣在大氣中均勻分布，地球上任何地方的任何人，只要吸入一口空氣，平均來說，都會(huì)吸入你呼出空氣中的一個(gè)原子。但是你呼出了大量空氣，所以其他人吸入了很多曾經(jīng)存在于你肺部中的原子，這些原子曾經(jīng)是你身體的一部分。當(dāng)然，反之亦然。信不信由你，隨著每一次呼吸空氣，這些空氣中的原子曾經(jīng)是存在過的每個(gè)人的一部分!考慮到我們呼出的原子是我們身體的一部分(狗很容易就能分辨出來),可以說我們真的是在呼吸彼此。
原子永不衰老，你身體中的許多原子幾乎和宇宙一樣年代久遠(yuǎn)。例如，當(dāng)你呼吸時(shí)，你吸入的原子中只有一部分在下一次呼吸中被呼出，剩下的原子被吸收到體內(nèi)，成為你身體的一部分，然后通過各種方式離開你的身體。你不“擁有”構(gòu)成你身體的原子，你可以暫時(shí)借用它們。我們都來自同一個(gè)原子池，因?yàn)樵油ㄟ^生物地球化學(xué)過程不斷地重新排列和循環(huán)。當(dāng)我們呼吸和蒸發(fā)汗水時(shí)，原子在人與人之間循環(huán)。我們?cè)诖笠?guī)模地循環(huán)利用原子。
質(zhì)量最小的原子可以追溯到宇宙的起源，而質(zhì)量最大的原子比太陽和地球更古老。在你的身體里，有的原子在宇宙起源時(shí)就已經(jīng)存在，并在整個(gè)宇宙中以不同的形式循環(huán)，無論是生命形式還是非生命形式。你是你身體中原子的當(dāng)前看護(hù)者，此后會(huì)有很多人繼續(xù)看護(hù)它們。
光速聲波物理學(xué) 作者簡(jiǎn)介
保羅·休伊特
美國(guó)物理學(xué)家、鈾礦勘探者、作家和漫畫家。1964年，取得猶他州立大學(xué)科學(xué)教育與物理雙碩士學(xué)位，隨后開始了自己的教學(xué)生涯，直到1999年退休。
美國(guó)概念物理教學(xué)的先驅(qū)，美國(guó)多所大學(xué)、中學(xué)的客座教師。休伊特認(rèn)為，教學(xué)不僅僅是工作，更是一種對(duì)待生命與生活的態(tài)度。休伊特相信，學(xué)習(xí)物理應(yīng)該是一件有趣的事。在多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中，開發(fā)出許多有趣的教學(xué)示范以及闡釋物理概念的方法，讓很多原本不可能喜愛物理的學(xué)生對(duì)物理產(chǎn)生了興趣。
為了表彰休伊特的成就，美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)于1982年授予他一年一度的米利坎獎(jiǎng)(Millikan Award)，這是表彰對(duì)物理教學(xué)做出突出貢獻(xiàn)的權(quán)wei 獎(jiǎng)項(xiàng)。他還曾獲得美國(guó)未來高中物理教師獎(jiǎng)學(xué)金、美國(guó)教育電影節(jié)科學(xué)一等獎(jiǎng)、美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)密立根獎(jiǎng)等。
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