Физика для любознательных. В трех томах. Том 1: Материя. Движение. Сила

Предисловие 5

 

Из предисловия автора 7

 

 

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. МАТЕРИЯ. ДВИЖЕНИЕ. СИЛА

 

 

ГЛАВА 1. ЗЕМНОЕ ТЯГОТЕНИЕ 13

 

Введение (13). О подстрочных примечаниях (13). Свободное падение тел (14). Ранний этап изучения свободного падения тел (17). Аристотель и философия (18). Аристотель и авторитет (23). Логика и современная наука (24). От греков к Галилею (25). Мысленные опыты (26). Законы свободного падения тел в идеальном случае (27). Опыт, приписываемый Галилею (27). Честное экспериментирование и авторитеты (28). Предположение Галилея; решающий эксперимент Ньютона (29). Научные объяснения (30). Дальнейшие исследования (30). Ограничение числа переменных (31). Почему тела надают? (32). Масса (34). Поле силы тяжести (35). Доказательство Галилея (36). Свободное падение (37). Индуктивный и дедуктивный методы (38). Изучение ускоренного движения индуктивным и дедуктивным методами (39). Дедуктивный анализ движения с постоянным ускорением (40). Экспериментальные исследования (43). Построение графика с указанием возможных ошибок опыта (50). Нахождение скорости при помощи касательных (51). Арифметическая проверка постоянства ускорения (53). Величина ускорения (55). Единицы измерения ускорения (55). Употребление слов «на» и «в» (55). Единицы измерения, применяемые в науке (57). Ускорение свободного падения (58). Сила и ускорение (58). Приложение I. Алгебра (60). Приложение II. Измерение § (70).

 

 

ГЛАВА 2. ПОЛЕТ  СНАРЯДОВ.   ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ СЛОЖЕНИЕ: ВЕКТОРЫ 79

 

Эксперименты (79). Полет тел и относительное движение (89). Геометрическое сложение (91). Скорость (97). Векторы (определение) (97). Скаляры (99). Сложение нескольких векторов (99). Проведение параллельных прямых (101). Влияет ли порядок, в котором скадываются векторы, на сумму? (102) Движение тел и иараболы (107). Это уравнение параболы (110). Движение снаряда, выпущенного из пушки под углом к горизонту (110).

 

 

ГЛАВА  3. СИЛЫ - ЭТО   ВЕКТОРЫ 118

 

Равновесие сил   (120).  Равновесие трех  сил; треугольник сил (122).

 

 

ГЛАВА 4. ВАШИ СОБСТВЕННЫЕ   ИССЛЕДОВАНИЯ 132

 

Милости просим (122). «Перенос навыков» (134). Цели лабораторной работы (137). «Эксперименты по выбору» (138). Открытия? (139). Классические опыты (139). Лабораторный журнал (139). Работа с партнером (142). Предлагаемые опыты (143). Групповое обсуждение (147). Более точные измерения (148). «Формула маятника». Определение § (149). Измерение давления; закон Бойля (149). Некоторые сведения о давлении и его измерении (151). Законы давления (согласно Паскалю) (154). Алгебраический вывод I и V законов давления (155). Измерение разности давления с помощью Ц-образиых манометров (157). Единицы давления (157). Способы передачи теплоты (161). Введение (161). Общие сведения о способах передачи теплоты (162). Запись и выводы (164).

 

 

ГЛАВА   5. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ДЕФОРМАЦИЕЙ 170

 

Открытие Гуна (170). Научные законы (174). Иной взгляд на законы (176). Удлинение за пределами справедливости закона Рука (177). Инженеры и упругость (178). Модуль упругости (183). Деформации в различных материалах (186)   Закон Рука (187).

 

 

ГЛАВА  6. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ: КАПЛЯ И МОЛЕКУЛЫ 188

 

Общие пояснения (192). Классификация и терминология (192). Попытка построить теорию (193). Соотношение между поверхностными и объемными эффектами. Насекомые и поверхностное натяжение (199). Краевой угол с молекулярной точки зрения (201). Молекулярные силы и поверхность жидкости (202). Краевой угол и молекулярные силы (203). Водоотталкивание и смачивание (205). Капиллярность (206). Применения капиллярности (209). Объяснение капиллярности с молекулярной точки зреппя (210) Вещества, облегчающие смачивание: мыла и моющие средства (211). Химия поверхностных явлений и чудеса в горном деле (216). Амебы и поверхностное натяжение (217). Применение длинных, молекул масла (219). Размер молекулы (220). Физическая проверка химической картины (227).

 

 

ГЛАВА 7. СИЛА И ДВИЖЕНИЕ 229

 

Сила и изменение движения (229).Сила и ускорение: признавая физические законы (232). Второй закон движения Ньютона (235). Нет сил — движение неизменно: первый закон Ньютона (236). Измерение сил: «силомер» (241). На подступах ко второму закоиу Ньютона (249). Общее соотношение (253). Масса и сила (254). Единица массы — килограмм (256). Вес — это сила, зависящая от места на земном шаре (257). «Масса никогда но меняется» (258). Масса и вес (259). Два вида массы (261). Удивительное тождество (265). Более простой подход к рассмотрению веса г. массы (266). Сохранение массы (269). Несовершенство научной терминологии (270). Постоянная масса, изменяющийся вес (270). Непосредственное сравнение масс при помощи инерционных весов (271). Более простой вариант соотношения К=К-М -а. Абсолютные единицы силы (274).«Хорошие» и «плохие» единицы силы (275). Как велик ньютон? «Абсолютные» единицы и «плохие» единицы (276). Технические единицы (278). Совет учащимся, которые пользуются технической системой единиц (279). Напряженность поля силы тяжести (279). Задачи на силу и движение (283). Действие и противодействие (287). Натяжение (289). Таинственная цотеря натяжения: подробный разбор одной задачи (291). Ньютоновы законы движения (293).

 

 

ГЛАВА 8. СТОЛКНОВЕНИЯ. КОЛИЧЕСТВО ДВИЖЕНИЯ .... 303

 

Вычисление силы по изменению количества движения (304). Количество движения (307). Единицы (308). Прыжки и столкновения (308). Перераспределение количества движения (310). Столкновения и закон сохранения количества движения (311). Количество движения — вектор (312). Законы сохранения (316). Третий закон Ньютона (322). Мощный инструмент для решения задач (324). Столкновение и «соприкосновение» — слово, которое вводит в заблуждение (325). Смысл принципа «действие равно противодействию» (330). Парадокс с телегой и лошадью (331). «Действие равно противодействию» — почти аксиома (333). Демонстрация действия и противодействия (335). Всеобщий  закон  сохранения   количества движения (338).

 

 

ГЛАВА 9. ТЕЧЕНИЕ   ЖИДКОСТЕЙ   И   ГАЗОВ 349

 

Ламинарное и турбулентное течения (350). Типы течения (353). Парадоксы (357). Принцип Бернулли — ключ к парадоксам (363). Принцип Бернулли и его объяснение (364). Примеры эффекта Бернулли (366). Искривленный полет мяча («сухой лист») (367). Полет самолета (374). Сопротивление ветра («давление» ветра) (375). Механизм сопротивления, создаваемого внутренним трением (378). Эффект Бернулли: «Демоны» или наука? (380).

 

 

ГЛАВА 10. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 385

 

Колебания маятника и измерение времени (386). Простое гармоническое движение (389). Механика движения маятника (391). Простые гармонические движения и закон Гука (393). Простое гармоническое движение — широко распространенный вид движения (393). График простого гармонического движения — синусоида (395). Простое гармоническое движение как проекция движения по окружности (397). Газличные определения простого гармони-неского движения (399). Значение простого гармонического движения (400). Гармонический анализ (400). Применение математического анализа и формула маятника (406). «Формула маятника» (407). Волны (407). Скорость, длина волны, частота (408). Обозначения в случае световых волн (409). Как распространяются волны (409). Свойства волн (411). Дифракция: огибание препятствий волнами (414). Интерференция (416). Интерференция волн на поверхности воды (419). Дифракционные решетки: спектры (420). За пределами видимого спектра (425). Спектры рентгеновских лучей (425). Линейчатые спектры (426). Спектры поглощения (428). Спектроскопия (429). Спектры и атомная физика (429). Стоячие волны (430). Простой вывод формулы для скорости распространения волн по веревке (435). Гезонанс (437). Интерлюдия. Приложение по арифметике,

 

 

ГЛАВА 11. ПРИБЛИЖЕННЫЕ     ВЫЧИСЛЕНИЯ, ОШИБКИ, ПРОПОРЦИИ 441

 

Стандартная запись чисел (441). Счетная линейка (443). Проценты (443). Запись ошибок экспериментальных данных в процентах (444). Вычисления с ошибками (445). Оценка как единственная возможность (448). Приближенная оценка и приемы быстрого счета (451). Приближенные ответы и достоверное знание (453). Знаки =, ~ (454). Пропорциональная зависимость — ключ ко многим законам (456). «Коэффициент пропорциональности» (458). Проверка пропорциональности (459). Линейная зависимость (461). Средние взвешенные значения (465). Прямая зависимость или пропорции (466). Указания к построению графиков (467). Интерполяция и экстраполяция (468).

 

***

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Предисловие к переводу — это рекомендация книги читателю. Редактор перевода, казалось бы, всегда должен быть заинтересо­ван в том, чтобы книга пользовалась максимальным спросом. Поэтому он должен представить ее с наиболее выгодной стороны возможно более широкому кругу читателей. Однако я начну с дру­гого, так как «Физика для любознательных», написанная профес­сором Принстонского университета Эриком Роджерсом,— книга на редкость своеобразная. Рассчитана она, так сказать, на люби­теля. Автор поставил перед собой цель изложить основы физики на элементарном уровне, сделав это так, чтобы читатель невольно чувствовал себя участником процесса отыскания и формулирова­ния фундаментальных законов природы. В обычных учебниках законы физики демонстрируются в качестве готовых, хорошо от­шлифованных и аккуратно пригнанных друг к другу элементов общей архитектурной композиции величественного здания науки. В книге Роджерса те же самые законы возникают как результат обобщения множества отдельных наблюдений и опытов, в которых автор приглашает читателя принять непосредственное участие и поразмыслить. Каждое новое утверждение, даже если оно относит­ся к давно установленным и хорошо известным фактам, анализи­руется в работе Роджерса чрезвычайно тщательно, с подробностями и повторениями, иногда даже как будто излишне утомительными.

 

Существенную роль при этом играет исторический фон. Исто­рия физики с древнейших времен — неотделимая часть изложе­ния. В живой форме она вплетается во все основные рассужде­ния. Так, обсуждая законы механики, автор книги делает нас современниками Галилея и Ньютона, и мы вместе с ними пы­таемся разгадать глубокие причины, связывающие воедино широ­кий класс простых явлений, относящихся к движению тел. При этом, конечно, поток научной информации струится перед нами очень медленно. Десятки страниц книги затрачены на то, чтобы разобрать, например, такие элементарные вопросы, как падение тел и законы равномерно ускоренного движения.

 

Но книга Роджерса не энциклопедия и не справочник по фи­зике. Она предназначена не для того, чтобы читатель сравнительно быстро поглотил большой объем сведений. Ее цель иная — за­ставить читателя думать, раскрыть перед ним внутренний механизм развития науки, объяснить путем разбора конкретных проб­лем, как отдельные наблюдения и эксперименты завершаются уста­новлением общих закономерностей, показать роль индуктивного и дедуктивного методов на разных стадиях исследования, проде­монстрировать прочность того основания, на котором базируется здание современной физики.

 

Книга Роджерса может представить интерес в первую очередь для тех читателей, которые по своей специальности далеки от фи­зики, успели забыть школьный курс, но серьезно интересуются втой наукой. Она окажется ценным пособием для преподавателей физики в средних школах, техникумах и вузах, любящих свое дело. Наконец, «Физику для любознательных» могут с пользой изучать любознательные школьники старших классов.

 

За границей эта книга выдержала 8 изданий. Мы уверены, что и в нашей стране она найдет своего читателя. Из-за большого объема оригинала было признано целесообразным выпустить пе­ревод в виде трех отдельных томов.

 

Академик Л. Арцимович