大人也想知道的物理常识(精)/自然科学通识系列

作者简介

左卷健男，日本法政大学生命科学学院环境应用化学系教授。1949年出生于日本枥木县，毕业于千叶大学教育学院，之后于东京学艺大学完成了硕士学习（物理、化学和科学教育）。曾担任初中和高中教师，之后在京都工 艺纤维大学的学术中心担任教授，从2004年开始在同志社女子大学担任教授，从2008年开始负责现在的工作。曾编著了《趣味物理》《趣味化学》 （PHP 出版）《新高中化学》《新高中物理》（讲谈社BlueBacks出版）《你不知道的水知识》（Discover出版）等。

内容简介

第1章 力学 1-1 学习力学需要掌握 的基础知识 看着不小心从钱包里掉 落出来的硬币，以一个漂亮 的转身滚进了自动贩卖机底 下再也捡不回来的时候，你 是否曾想过：“它为什么这 么能滚……” 我们的身边，存在着各 种各样的物体，在做着各式 各样的运动。人类从很久以 前开始，就被这些运动背后 所隐藏着的法则和规律所吸 引。 为了探知运动背后所隐 藏的那些“小秘密”，人类踏 踏实实地进行着观察、实验 和思考。这些令人兴奋的过 程是大自然赐予人类的奢侈 时光。 在第1章里，就让我们一 起来试着寻找那些隐藏在力 和运动中的小秘密吧。为此 ，我们要从学习力、速度、 加速度等术语的概念以及特 征入手来了解一些必要的基 础知识。要享受力学，我们 就得深入地理解“质量”“加 速度”等术语。 其实，力和运动是两个 不同的概念。但在日常生活 中，我们很容易就能联想到 两者之间应该存在着某种关 系。为了明确这种关系，我 们给放在地板上的物体施加 一个力（见图1-1-1）。施 加的力的大小用F来表示。 施加上力F之后，物体开 始运动（其速度用v表示） 。撤去施加的力后（F=0） ，物体停止运动（v=0）。 如果是一个笨重的物体（其 质量用m表示）的话，让它 动起来就需要更大的力。若 仔细观察，我们总觉得似乎 存在着F=mv的关系（见图 1-1-2）。如果再把摩擦力 考虑进去的话，我们可以得 知，实际上存在着F=ma（ a是加速度）的关系（参见 1-13节）。 1-2 什么是力 物理上所说的力有两种 ，是引发以下现象的原因。 ①使物体发生形变 ②改变物体的运动状态 那么，就让我们一个一 个来看。 ①使物体发生形变 具体来说，形变包括弯 曲（见图1-2-1）、折断、 拉伸、压缩，等等。以上综 合起来就是使物体发生形变 。要理解形变，弹簧可以说 是一个最合适的例子。若在 弹簧上加力的话，弹簧就会 伸长（见图1-2-2）。如果 弹簧比刚开始的长度要长， 我们就能够判断出在弹簧上 一定施加了力。而且，施加 力的大小和弹簧伸长的长度 成正比关系。这就叫作胡克 定律，由英国人罗伯特·胡 克第一个发现（见图1-2-3 ）。胡克定律不仅仅适用于 弹簧的拉伸，还适用于任何 形变。 ②改变物体的运动状态 让静止的物体运动起来 、让正在运动的物体减速、 让正在运动的物体加速、改 变运动的方向、让做直线运 动的物体向左或向右拐弯， 等等，这些概括起来说，就 是改变物体的运动状态。反 之，运动状态不变则可以理 解成以下两种说法。 （1）静止的物体仍然保 持静止（见图1-2-4） （2）匀速运动中的物体 继续做匀速运动（见图1-2 -5） 使一个物体在桌面上滑 动，它会因为摩擦而停下来 （见图1-2-6）。这个现象 可以解释为，运动中的物体 由于受到了一种叫作摩擦力 的力的影响而减速（运动状 态发生变化了）。 1-3 力的表示方法 力的单位用牛顿（N）来 表示，以此来纪念发现了万 有引力的牛顿，力的大小可 以读作1.5N和25N。因为力 是用眼睛看不见的东西，所 以在学习力的过程中，有必 要用一些符号来进行表示。 我们用箭头来表示力。 让我们来思考一下，在 地板上放着一个物体，用一 根绳子沿着斜上方拉动这个 物体的情况（见图1-3-1） 。虽然已经说明是沿着斜上 方拉动，但是如果没有设置 任何其他前提，就难以理解 作用于其上的力。因此，以 下的关键词①～④就显得尤 为重要。 ①作用点：当被问到“这 个力是作用在物体的哪个部 位”的时候，能够回答“作用 在这里哦！”的点（见图1- 3-2）。 ②作用线：即使确定了 作用点，但是还没有确定到 底是沿水平方向拉动，还是 沿斜上方拉动。这个拉动的 方向就是力的作用线。 ③力的方向：即使确定 了作用线，但是还没有确定 到底是拉，还是推（见图1 -3-3）。这里还剩下拉和推 两种可能性。拉是指从物体 的作用点向外施力。推是指 从物体的作用点向内施力。 ④力的大小：虽然已经 得知力是从作用点向外施加 的，但力的大小还是未知的 。 以上这四个关键词可以 用箭头同时表示出来。从作 用点朝外，并根据对应力的 大小画出相应长度的箭头（ 见图1-3-4）。力小就把箭 头画短，力大就把箭头画长 （见图1-3-5）。这个过程 也可以简单地说成用矢量来 表示力，这是一种十分严谨 的表示方法（见图1-3-6） 。 P9-15 研究“物体之理”的物理，与大至宇宙天体，小至基本粒子的一切自然界场景相关联。我们身边的万事万物都遵循着物理的普遍法则，？本书将理论和生活实践相结合，为了解释各种物理现象，还采用了漫画插图的形式，生动形象地为读者阐述了一些有趣的物理知识。 本书作者左卷健男，在日本公立初中、东京大学教育学部附属初中、高中，从事了20年的教育工作。现任日本法政大学生命科学部环境应用化学科教授。作者兼具教学经验与专业素养，已出版多部畅销科普读物，受到日本和国内读者的诸多认可。