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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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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內容描述

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。

目錄大綱

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

作者介紹

左卷健男

　　1949年生，先後歷任東京大學教育學部附屬中‧高等學校（現：東京大學教育學部附屬中等教育學校）教諭，京都工藝纖維大學教授、同志社女子大學教授、法政大學生命科學部環境應用化學科教授、法政大學教職課程中心教授等職。現為東京大學講師。中學校理科教科書（新科學）編輯委員‧執筆者。專長是理科教育。除對大學生的講義、理科老師的理科教育指導外，有時也會替小學生上課，以及面向一般大眾的「看破偽科學的方法」等課程。著有《面白くて眠れなくなる人類進化》（PHP Editors Group）、《新しい高校化学の教科書》（講談社Bluebacks）、《暮らしのなかのニセ科学》（平凡社新書）、《身近にあふれる「科学」が３時間でわかる本》（明日香出版社）、《趣味物理研究所》（楓葉社文化）、《有趣到睡不著的化學》（快樂文化）等。