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跟科學家一起認識構築世界的50個物理定律:發現契機x原理解說x應用實例

跟科學家一起認識構築世界的50個物理定律:發現契機x原理解說x應用實例

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9786263048652
左卷健男
陳識中
台灣東販
2021年9月29日
167.00  元
HK$ 141.95  






ISBN:9786263048652
  • 叢書系列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 328頁 / 14.8 x 21 x 2.1 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    樂讀科普


  • 自然科普 > 物理/化學 > 概論











    只要三步驟,就能簡單了解

    世界上所有物理定律的原理



      讓科學家親自教你50個重要物理定律及原理。

      從發現契機→原理解說→應用實例。

      用三階段讓你徹底了解影響世界的物理定律。




      聽到物理學這三個字,不少人都因為枯燥乏味的教科書而大感棘手。

      然而,歷史上眾多的科學家們,卻是像前述那樣,

      從對身邊現象的簡單疑問開始,一步一步發現重要的定律和原理。

      本書將透過虛構的歷史科學家訪談,讓大家一邊感受這些科學家們的熱情和氣息,

      一邊解說他們發現的定律和原理。

      另外,為了抽象性高的物理原理更好理解,

      書中還附上有趣插畫和說明圖,以及許多補充註解。

      相信大家都能跟著發現者的科學家本人,一起快樂地讀下去。

      同時,還會向大家介紹這些定律和原理,對現代人日常生活的哪些層面能派上哪些用場。

      希望能讓大家切切實實地感覺到「這世界是由物理定律組成的」這件事。



      ◎動量守恆定律──宇宙求生

      假設未來有一天你在太空站工作時,最重要的救命繩索不小心斷掉了。

      太空船遠在你伸手搆不到的地方,而且周圍又恰好沒有其他同伴。請問你要如何返回太空船呢?

      沒錯,就是利用動量守恆定律。譬如,你可以朝與太空船相反的方向扔擲手邊的工具,

      根據動量守恆定律,你將會慢慢地靠近太空船。

      由於真空中不會有摩擦,所以理論上你只須扔一次就能回到太空船了。



      ◎角動量守恆定律──貓旋

      貓即使在半空中也能不借助外力迴轉身軀。用直覺來想,這真是一件非常不可思議的事。

      因為貓在落下前是靜止的狀態,所以角動量是零,而在落下的過程中貓的角動量也該全程守恆為零才對。

      因此,理論上貓是不可能在空中改變身體方向的。

      事實上,貓在空中時背部其實是彎曲的,因此可藉由扭動身體和伸縮手腳,

      在保持角動量為零的狀態下改變方向。



      ◎功的原理──人類的功率

      人類1天會攝取8400kJ(約2000kcal)的食物,以此能量維持生命。

      而1天有8萬6400秒,所以粗略來說,我們每個人每秒約會產生100J的熱。

      換言之,1個人就算站著什麼都不做,做的功也跟點亮的100W燈泡差不多。

      在狹窄的空間人擠人時常常會感覺到「人的熱氣」;

      如果知道一個人每秒產生的熱就跟一個100W的燈泡差不多,就會覺得這個現象是理所當然的。

    ?


     





    前言............................................................................................................... 2

    ?

    力與能之章

    物體是如何動起來的?

    ?

    虎克????????????????????????? 虎克定律............................................................................. 16

    ?????????????????????????????????? 做了彈簧、木頭、石頭、骨頭等所有物體的變形實驗

    斯蒂文????????????????????? 力的平行四邊形法則........................................................ 22

    ?????????????????????????????????? 利用三角形計算合力

    牛頓????????????????????????? 萬有引力定律..................................................................... 28

    ?????????????????????????????????? 在發現之初竟被批評是怪力亂神……

    伽利略????????????????????? 第一運動定律(慣性定律)............................................ 34

    ?????????????????????????????????? 推翻天動說,證明了地動說

    牛頓????????????????????????? 第二運動定律(運動定律)............................................ 40

    ?????????????????????????????????? 力的單位N(牛頓)的由來

    牛頓????????????????????????? 第三運動定律(作用力反作用力定律)....................... 46

    ?????????????????????????????????? 用手托起蘋果,蘋果也在推動你的手

    傅科????????????????????????? 慣性力.................................................................................. 52

    ?????????????????????????????????? 用鐘擺實驗證明了地球會自轉

    惠更斯????????????????????? 動量守恆定律..................................................................... 58

    ?????????????????????????????????? 爭論的結果,動量被定義為質量×速度

    克卜勒????????????????????? 角動量守恆定律................................................................. 64

    ?????????????????????????????????? 根據天體觀測的結果推導出天體的運行

    伽利略????????????????????? 單擺定律............................................................................. 70

    ?????????????????????????????????? 觀察教堂的吊燈擺動而得到靈感

    阿基米德????????????????? 槓桿原理(槓桿定律).................................................... 76

    ?????????????????????????????????? 奉國王命令用槓桿滑輪移動了巨大軍艦

    伽利略????????????????????? 功的原理............................................................................. 80

    ?????????????????????????????????? 從機械工匠們的經驗性知識想出做功的效率

    蘭金????????????????????????? 力學能守恆定律................................................................. 86

    ?????????????????????????????????? 眾多科學家齊心協力解開了能量的性質

    邁爾????????????????????????? 能量守恆定律..................................................................... 92

    ?????????????????????????????????? 因船醫的經歷而對能量的產生方式萌生興趣

    ?

    電磁之章

    我們的身邊充滿看不見的電

    ?

    吉爾伯特................. 電和電流迴路 98

    ?????????????????????????????????? 許多物質都具有摩擦後可吸附小物體的特性

    吉爾伯特????????????????? 磁和磁鐵............................................................................. 106

    ?????????????????????????????????? 透過羅盤的指針活動得知地球也是一個巨大的磁鐵

    歐姆????????????????????????? 歐姆定律............................................................................. 112

    ?????????????????????????????????? 被電流產生磁場的現象吸引,開始研究電力

    克希荷夫????????????????? 克希荷夫定律..................................................................... 118

    ?????????????????????????????????? 如何測量複雜迴路的電流?

    庫倫????????????????????????? 庫倫定律............................................................................. 124

    ?????????????????????????????????? 靜電力的大小和距離有著密切關係

    焦耳????????????????????????? 焦耳定律............................................................................. 130

    ?????????????????????????????????? 在實驗中弄清了焦耳熱的產生量

    厄斯特????????????????????? 右手定則............................................................................. 136

    ?????????????????????????????????? 電力和磁力肯定存在交互關係

    弗萊明????????????????????? 弗萊明左手定則................................................................. 142

    ?????????????????????????????????? 如何向學生淺顯易懂地解釋電流、磁場、作用力的關係?

    法拉第????????????????????? 法拉第電磁感應定律........................................................ 148

    ?????????????????????????????????? 只要弄清電與磁的關係,理應就能用磁產生電

    馬克士威????????????????? 電磁波.................................................................................. 154

    ?????????????????????????????????? 電與磁的作用會以波的形式高速傳遞

    ?

    波之章

    所有事物傳遞的原理

    ?

    赫茲????????????????????????? 波的波長和頻率................................................................. 162

    ?????????????????????????????????? 成功收發了只在理論上被預言存在的電磁波

    畢達哥拉斯????????????? 聲音三要素......................................................................... 168

    ?????????????????????????????????? 音程的高低是否會因樂器的物理條件而改變呢?

    傅立葉????????????????????? 波的疊加原理..................................................................... 174

    ?????????????????????????????????? 波的疊加概念,最初是為了分析頻率

    惠更斯????????????????????? 惠更斯原理......................................................................... 178

    ?????????????????????????????????? 波會形成各種形狀,傳遞方式有一定的規律

    司乃耳????????????????????? 反射•折射定律................................................................. 184

    ?????????????????????????????????? 光的反射和折射,跟聲音和水波的性質相同

    牛頓????????????????????????? 光的波動說和微粒說........................................................ 190

    ?????????????????????????????????? 光的本質到底是粒子,還是波?

    夫朗和斐????????????????? 光的散射和頻譜................................................................. 196

    ?????????????????????????????????? 用高性能稜鏡觀察陽光,可以看見黑線

    楊格????????????????????????? 光的繞射和干涉................................................................. 202

    ?????????????????????????????????? 因身為醫師而對人類的視覺產生興趣,開始研究光學

    都卜勒????????????????????? 都卜勒效應......................................................................... 208

    ?????????????????????????????????? 耳朵聽到的音高改變現象也可以解釋雙星的顏色變化

    ?

    流體之章

    氣體和液體是怎麼運動的?

    ?

    阿基米德????????????????? 阿基米德原理..................................................................... 216

    ?????????????????????????????????? 奉國王之命,檢驗王冠究竟是不是純金製造

    帕斯卡????????????????????? 帕斯卡原理......................................................................... 222

    ?????????????????????????????????? 思考真空,注意到大氣也存在重量

    白努利????????????????????? 白努利定律......................................................................... 230

    ?????????????????????????????????? 與能量守恆之主題一同探討流體的性質

    儒可夫斯基????????????? 庫塔-儒可夫斯基定理....................................................... 236

    ?????????????????????????????????? 為什麼比空氣更重的機器能飛在空中?

    雷諾????????????????????????? 雷諾的相似原理................................................................. 242

    ?????????????????????????????????? 因為當造船技師學徒的經驗,開始研究船的安全性

    ?

    熱之章

    熱是如何產生的?

    ?

    倫福德????????????????????? 熱與溫度............................................................................. 250

    ?????????????????????????????????? 由大砲砲身變熱的現象,對熱質說產生懷疑

    波以耳????????????????????? 波以耳-查理定律............................................................ 256

    ?????????????????????????????????? 使用真空泵,發現了氣體的各種性質

    馬克士威????????????????? 熱力學定零定律................................................................. 262

    ?????????????????????????????????? 因土星環的研究而想出分子運動論

    焦耳????????????????????????? 熱力學第一定律................................................................. 268

    ?????????????????????????????????? 在家族經營的釀造場角落,默默進行發熱的實驗

    克勞修斯????????????????? 熱力學第二定律................................................................. 274

    ?????????????????????????????????? 不得不承認熱只會從高溫流向低溫

    能斯特????????????????????? 熱力學第三定律................................................................. 280

    ?????????????????????????????????? 溫度有下限嗎?降至低溫極限後物體會發生什麼事?

    ?

    微觀世界之章

    時間和空間的誕生

    ?

    長岡半太郎????????????? 原子的結構......................................................................... 286

    ?????????????????????????????????? 原子的結構是像土星環一樣,電子繞著原子核轉

    德謨克利特????????????? 原子和分子......................................................................... 292

    ?????????????????????????????????? 所有物質都是由原子組合而成的

    瑪麗•居禮????????????? 輻射能•輻射線................................................................. 298

    ?????????????????????????????????? 為了找出未知的輻射能,持續從礦物中分離元素

    湯川秀樹????????????????? 核反應.................................................................................. 304

    ?????????????????????????????????? 原子核明明承受著巨大的作用力,為什麼還能保持穩定?

    格爾曼????????????????????? 基本粒子和夸克................................................................. 310

    ?????????????????????????????????? 原子中,應該有除了質子、中子及電子之外的新粒子

    愛因斯坦????????????????? 光速不變原理和狹義相對論............................................ 316

    ?????????????????????????????????? 必須承認光的速度無論在任何情況下都不會改變

    ?

    本書登場的定律•原理一覽.................................................................... 322

    參考文獻...................................................................................................... 324

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    前言



      請拿一顆蘋果放在你的手上。你有沒有感覺到在蘋果的重量推擠你的手的同時,你的手也在推擠著蘋果呢?我想多數人就算能感覺到蘋果推壓在手上的力量,恐怕也很難感覺到自己的手也在往上推壓著蘋果吧。



      學習物理最先遇到的難關,就是力學。力學困難的最大原因,是因為「力量」是看不到的。換個說法,手和蘋果之間的力量關係,唯有用「科學之眼」,也就是「第三運動定律(作用力與反作用力定律)」來「看」,才能夠看到。



      當我們推拉其他物體的時候,我們和物體之間一定是互相對彼此施力。此時的「作用力和反作用力必然大小相等、方向相反」。這就是牛頓的發現。



      科學家幾經失敗後,才終於用「科學之眼」,以及觀察、實驗等洞察,發現了這些定律和原理。



      本書的目的,是想藉帶著大家認識50個物理定律、原理,快樂地了解物理學的基本。



      聽到物理學這三個字,不少人都因為枯燥乏味的教科書而大感棘手。



      然而,歷史上眾多的科學家們,卻是像前述那樣,從對身邊現象的簡單疑問開始,一步一步發現重要的定律和原理。



      本書將透過虛構的歷史科學家訪談,讓大家一邊感受這些科學家們的熱情和氣息,一邊解說他們發現的定律和原理。



      另外,為了抽象性高的物理原理更好理解,書中還附上了由meppelstatt老師提供的有趣插畫和說明圖,以及許多補充註解。相信大家都能跟著發現者的科學家本人,一起快樂地讀下去。



      同時,本書還會向大家介紹這些定律和原理,對現代人日常生活的哪些層面能派上哪些用場。



      希望能讓大家切切實實地感覺到「這世界是由物理定律組成的」這件事。



      本書的結構如下。其中除了有某些大家都耳熟能詳的定律•原理,或許也有一些讀了本書才第一次聽說的知識。



      力與能之章 ∼物體是如何動起來的?∼

      萬有引力定律、第一運動定律、第三運動定律、能量守恆定律……



      電磁之章 ∼我們的身邊充滿看不見的電∼

      歐姆定律、交爾定律、弗萊明左手定則、電磁波…



      波之章 ∼所有事物傳遞的原理∼

      聲音三要素、惠更斯原理、反射•折射的定律、都卜勒效應…



      流體之章 ∼氣體和液體是怎麼運動的?∼

      阿基米德原理、帕斯卡原理、庫塔-儒可夫斯基定理…



      熱之章 ∼熱是如何產生的?∼

      波以耳-查理定律、熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律…



      微觀世界之章 ∼時間和空間的誕生∼

      原子的結構、輻射能•輻射線、核反應、光速不變原理和狹義相對論…



      我們(執筆者)是本質上推動了物理教育易學化的高中和大學的理科教育者、物理教育者。我們的信條,是讓物理學的基本原理到最前沿的研究,在保持高水準的同時,還要盡可能深入淺出、鉅細靡遺。



      我們衷心期盼對物理感到棘手的人,以及學生時代曾經學過,現在卻幾乎忘得一乾二淨的人,都能透過本書重新認識物理定律和原理,並發現物理學的樂趣。



      最後,在此對本書的第一位讀者,同時也勞心勞力完成了本書編輯作業的綿??小姐表達由衷的感謝。

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    執筆者代表(編著者) 左卷健男




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