多姿物理（簡體書）

神奇的物理世界中，閃現著無處不在的美。對物理科學美的理解和追求，在科學認識的發展中具有積極、深遠的意義：它可以完善和提高人類的創造才能；可以以美啟真，由求美而達真，以美示真，由求美而促真：可以以美傳真，由接受美而接受真，促進科學理論的社會承認、發展和傳播。
《多姿物理》由寧正新編著：物理，即萬物之理。你了解的物理知識越多，對這個世界的認知就越清楚。一起走進多姿多彩的物理王國吧，你準備好了嗎？

物理是一門歷史悠久的自然學科，它是研究物質存在的基本形式、本質和運動規律及物體之間的相互作用和轉化規律的科學。它崇尚理性，重視邏輯推理。可以說物理學是關于“萬物之理”的科學。物理更是當今眾多新技術的源泉及發展基石。
從早期人們感官視覺的延伸到近代人們發明創造觀察測量用的科學儀器，再到現在已經基本建立的物理學理論結構，物理學越來越被人們所重視和應用。它是一切自然科學的基礎，其研究方法也是自然科學的普遍方法。物理科學作為自然科學的重要分支，不僅對物質文明的進步和自然界認識的深化起了重要的推動作用，對人類的思維發展也產生了不可或缺的影響。從亞里士多德時代的自然哲學，到牛頓時代的經典力學，直至現代物理中的相對論和量子力學等，物理科學的每一步發展都與我們的生活息息相關。如果我們在平時能夠仔細觀察多多注意身邊的各種現象，就會驚奇地發現，物理原來無處不在！比如螞蟻為什么會摔不死呢？篩子也是可以盛水的？時光竟然能倒流？小鳥能把飛機撞落……只要我們平時注意觀察，善于提問就一定能發現這些問題的奧妙所在，這樣才能使物理從那些枯燥的理論中破繭而出，不僅變得多姿多彩、活潑生動，而且還能夠將學到的知識應用到現實生活中，達到學以致用的效果呢。
《青少年科普叢書·追尋物理本質》以優美的文字、廣博的信息和精美的插圖，用娓娓道來的方式講述著一個又一個神奇的物理知識，為大家揭示各種物理現象的本質，帶領大家翱翔在探索、發現、創新的世界中。本書共分為物理故事、物理猜想、物理百科三大部分。在物理故事里我們精選了關于力和運動的現象，如無處不在的萬有引力、神奇的摩擦力、看不見的大氣壓力等。在物理探秘中我們將為你介紹物理學家的科研探究過程等。在物理百科中則為你鏈接了大量小知識，讓你在不知不覺中學到更多的知識。
請打開你手中的這本書，跟隨我們一同暢游“萬物之理”的科學海洋吧，你將會感受到物理世界的發現與發展，物理學家的激情與沉思，物理學中的大智慧……

序言
物理故事
浮力定律的發現
安培與電學
伏打電堆的發明
電的探索發現
杠桿原理的發現探知
慣性與相對性原理
光的折射
光量子理論的提出
量子霍爾效應的發現
能量子的發現
帕斯卡定律的發現
宇稱守恒定律與宇稱不守恒
歐姆定律的發現
法拉第發現電磁感應現象
壓電效應的歷史與應用
邁克爾孫干涉儀的發明
塞曼效應
紅寶石激光器的發明
氣泡室的發明
世界首座裂變反應堆
反質子的發現
德謨克利特繼承發展原子論
瑞利出版《聲學原理》
中子的發現
回旋加速器的發明
物理探秘
當今世界十大物理難題
物理學前沿八大難題
破解世界上最復雜的對稱體
探索反物質之謎
四維空間
引力波之謎
夸克探秘
風洞
天空的色彩變化
神奇的暗物質
“白胡子”的來歷
為什么士兵枕著箭筒睡覺
驚險刺激的過山車
香檳酒的美麗氣泡
防不勝防的“香蕉球”
保護眼睛的太陽鏡
照耀未來的激光
音箱中的物理學知識
上帝的粒子
面粉為何會爆炸
制冷王國的秘密
零高度飛行器
翱翔在空中的精靈
美麗的幻境
來自天空的能源
物理百科
物理學
電磁學
熱力學
光學
力學
牛頓力學
量子力學
狹義相對論
廣義相對論
牛頓運動定律
萬有引力定律
動量守恒定律
電荷守恒定律
安培定律
歐姆定律
庫侖定律
重力
重量
光譜
超導
真空度
原子彈
中子彈
光電效應
磁光效應
拉曼效應
光伏效應
康普頓效應
丁達爾效應
波粒二象性
阿基米德
伽利略·伽利雷
布萊士·帕斯卡
克里斯蒂安·惠更斯
艾薩克·牛頓
亨利·卡文迪許
庫侖
安培
喬治·西蒙·歐姆
邁克爾·法拉第
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
洛倫茲
阿爾伯特·愛因斯坦
史蒂芬·威廉·霍金
墨子
張衡
沈括
郭守敬
宋應星
吳有訓
錢學森
吳健雄
錢三強
黃昆
楊振寧
鄧稼先
李政道

浮力定律的發現
善于觀察思考的成果
阿基米德是古希臘最具有現代精神的偉大物理學家，發現了浮力定律，是數學和力學奠基人，阿基米德自幼聰穎好學，是一位善于觀察思考并注重理論與實踐相結合的科學家。他對待科學研究的態度是勇于革新、勇于創造而又嚴肅認真，曾在幾何學、靜力學以及機械的發明創造方面取得了巨大的成就。
浮力定律現在又稱阿基米德定律。這一定律的發現和一個有趣的故事有關。有一次阿基米德在眾目睽睽之下光著身子從澡堂里飛奔而出，歡呼雀躍，周圍的人都不知究竟發生了什么事使這位大學者忘乎所以。原來敘拉古國王曾命令金匠做了一頂純金的王冠，新王冠做得十分精巧，纖細的金線密密地織成了各種花樣，而且也非常合適，國王十分高興。但是轉念一想：我給了工匠15兩黃金，會不會被他們私吞幾兩呢？因此馬上叫人拿秤來稱，不多不少，正好是15兩。但這時一個大臣站出來說：“重量一樣并不等于黃金沒有少，萬一金匠在黃金中摻進了銀子或其他的東西，重量可以不變，但王冠已不是純金的了。”國王一聽覺得很有道理，但有什么辦法既不損壞王冠又能知道其中是否摻了銀子呢？國王把這個難題交給了阿基米德。阿基米德好幾天想不出什么好主意，廢寢忘食，近乎癡迷，這時朋友勸他去洗個澡，放松放松。阿基米德在洗澡時突然注意到，當他坐到滿滿一盆水里去時，水從盆邊溢到了盆外，他腦子里靈光一閃，猛地從澡盆里跳出，來不及穿上衣服就狂奔回家。他在家里做好了實驗，來到國王面前，把盛滿水的一個大盆放在一只大盤子里，又請國王拿出一塊15兩重的黃金和兩只一樣大小的杯子。然後，阿基米德取過王冠，放在盆子里，水溢出來，阿基米德把溢出來的水都裝進一只杯子里。然後用同樣的方法把15兩黃金溢出來的水裝進另一只杯子里。最後他拿著兩只杯子走到國王面前，說道：“陛下，請您比較一下，這兩只杯子里的水一樣多嗎？”國王一眼就看到一只多一只少。于是阿基米德肯定地說：“王冠里一定摻了銀或者其他的金屬，它不是純金的。”原來阿基米德利用了物質的密度、體積和質量的相互關系，同一物質的密度是固定的，即質量與體積之比是一個確定的數。這樣，如果王冠是純金的，它所排出的水應該與15兩純金所排出的水的體積一樣，如果不一樣，那么王冠里肯定摻了其他金屬。這就是著名的浮力定律，為了紀念這位偉大的科學家，人們把浮力定律命名為阿基米德定律。不過，阿基米德的貢獻并不限于回答了國王的疑問，今天，潛水艇的沉浮，氣球和飛艇的飛行，制造巨型艦船，水中懸浮隧道……都離不開阿基米德原理。
潛水艇在軍事上運用非常廣泛，浸沒在水中的潛水艇排開水的體積，無論下潛多深，始終不變，所以潛水艇所受的浮力始終不變。潛水艇的上浮和下沉是靠壓縮空氣調節水艙里水的多少來控制自身的重力而實現的。若要下沉，潛艇主壓載水艙可以注滿水，增加重量，抵消其儲備浮力；若要上浮，可以用壓縮空氣把主壓載水艙內的水排出，減小重量，恢復儲備浮力。在潛水艇浮出海面的過程中，因為排開水的體積減小，所以浮力逐漸減小，當它在海面上行駛時，受到的浮力大小等于潛水艇的重力，因此它能夠在海中靈活上浮和下沉。
氣球和飛艇里充的是密度小于空氣的氣體，熱氣球里充的是被燃燒器加熱、體積膨脹、密度變小了的熱空氣。球襄內的空氣被加熱，變輕產生浮力，氣球就可以升上天空。若要使充氦氣或氫氣的氣球或飛艇降回地面，可以放出球內的一部分氣體，使氣球體積縮小，浮力減小，使F浮 鋼鐵制造的輪船，由于船體是空心的，使它排開水的體積增大，受到的浮力增大，這時船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上，它是利用物體漂浮在液面的條件F浮=G船來工作的，只要船的重力不變，無論船在海里還是河里，它受到的浮力不變。根據阿基米德原理，船在海里和河里浸人水中的體積不同，輪船的大小通常用它的排水量來表示，所謂排水量就是指輪船在滿載時排開水的質量。輪船滿載時受到的浮力F浮=G排，所以輪船是漂浮在液面上的。
2007年，中國科學院力學研究所與意大利阿基米德橋公司的合作項目——世界首座阿基米德橋的樣橋將在中國浙江省千島湖建造。阿基米德橋學名為水中懸浮隧道，不過與隧道不同，阿基米德橋是借助于浮力浮于水中的；與一般的橋也不同，對于浮力大于重力的阿基米德橋，它和水底的連接方式與一般的橋相反。阿基米德橋是利用懸浮隧道技術，通過錨來固定的水下隧道。意大利阿基米德橋公司總裁埃利奧·馬塔切納博士說，阿基米德橋樣橋的建設將成為內陸湖泊和海峽交通技術領域的一次革命。他說，中國科學院選定浙江千島湖作為建設樣橋地點，樣橋長度為100米。樣橋建造將為在浙江省金塘海峽設計和建造3300米長的水下懸浮隧道提供參考。阿基米德橋依據阿基米德浮力定律而建造，其橫截面呈橢圓形或圓形，正中為公路，分為上下兩層，單向行駛，兩側為鐵路。其體積所產生的浮力足以使它浮在水中，因此需要用鋼纜將其固定于水下，以免浮力過大而上升，影響海面船只航行。
阿基米德的著作《論浮體》成為水力學的奠基石。《論浮體》是古代第一部流體靜力學著作，阿基米德因此而被尊為流體靜力學的創始人。20世紀之前，《論浮體》只有莫貝克13世紀時的拉丁文譯本；1906年，海伯格發現了羊皮紙上的希臘原文，但不完全。現傳的本子是兩種文字參照編成的。上卷的命題7給出著名的“阿基米德原理”：重于流體的固體，放在流體中，所減輕的重量，等于排去流體的重量。這個原理因和他解決王冠問題聯系在一起而膾炙人口。下卷的10個命題詳細地討論了正回旋拋物體在流體中的穩定性，研究了不同的高與底的比、具有不同的比重及在流體中處于不同位置時這種立體的形態，在推理中運用了高度的計算技巧。
阿基米德生平
阿基米德，古希臘著名的哲學家、數學家、物理學家、力學家，靜力學和流體靜力學的奠基人，也是具有傳奇色彩的人物。公元前287年，阿基米德誕生于西西里島敘拉古的一個貴族家庭，與敘拉古的赫農王有親戚關系。他11歲時，借助與王室的關系，被送到古希臘文化中心亞歷山大里亞城。亞歷山大里亞位于尼羅河口，是當時文化貿易的中心之一，被世人譽為“智慧之都”。阿基米德在這里學習和生活了許多年，他在學習期間對數學、力學和天文學有著濃厚的興趣。在他學習天文學時，發明了用水力推動的星球儀，并用它模擬太陽、行星和月亮的運行及演示日食和月食現象。為解決土地灌溉的難題，他發明了圓筒狀的螺旋揚水器，後人稱它為“阿基米德螺旋”。公元前240年，阿基米德回敘拉古，當了赫農王的顧問，幫助國王解決生產實踐、軍事技術和日常生活中的各種科學技術問題。公元前212年，古羅馬軍隊攻陷敘拉古，阿基米德不幸被蠻橫的羅馬士兵殺死，終年75歲。阿基米德的遺體葬在西西里島，墓碑上刻著一個圓柱內切球的圖形，以紀念他在幾何學上的卓越貢獻。P1-3