Эта книга широко распространена в США. Она рассчитана на читателя, впервые знакомящегося с физикой и имеющего самые элементарные сведения по математике. Положительной оценки заслуживает попытка авторов изложить материал так, чтобы читатель переходил от самых простых и привычных понятий к более сложным, постоянно вдумывался в сущность физических явлений, сам искал и находил правильные решения, был активным участником в процессе дознания и усвоения основных законов физики. Это достигается введением в текст вопросов и задач, кратких выводов в конце каждой главы и, наконец, упражнений и заданий для самостоятельного выполнения в классе и дома. Интересные и эффектные фотографии, оригинальные рисунки и чертежи делают изложение очень наглядным.
Несомненно, книга заинтересует преподавателей элементарного курса физики в средних школах и техникумах умением авторов поставить физические задачи на примерах житейской практики, на примерах, связанных с доступной для читателя техникой. Акцент на технической стороне дела, чрезвычайно детальные вычисления, большое число повторительных вопросов и задач делают книгу полезной и для самообразования.
Отмечая положительные стороны книги Эллиота и Уилкокса, нельзя не упомянуть и о ее недостатках:. Прежде всего, как нам кажется, авторы обращают недостаточное внимание на логические связи законов физики. Некоторые чисто американские сентенции и спортивные аналогии могут показаться нашему читателю довольно неожиданными и даже неуместными. Однако мы решили оставить в переводе подобные места, так как очень трудно, иногда невозможно, отделить чисто физическое содержание книги от этих специфических черт.
В ряде случаев были сделаны сокращения и уточнения без специальных оговорок. Так, например, были изменены значения частоты промышленного тока (50 гц вместо 60 гц — стандарта США), частоты строк телевидения (625 вместо 525, принятых в США); в этих и подобных случаях мы стремились не отвлекать лишний раз читателя, предлагая непривычные ему данные.
Все задачи и примеры были пересчитаны в метрической системе, английская система мер оставлена только в тех случаях, когда дается изложение в историческом аспекте.
Б целом книга, на наш взгляд, при пересоде не потеряла оригинальности и самобытности и будет прочитана с интересом нашим читателем.
Перевод осуществлен М. И. Блудовым (главы 1—26, 52 и 53), С А. Каменецким (главы 27—29 и 41—49) и В. И. Рыдником (главы 30-40, 50 и 51).
Проф. А. И. Китайгородский
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Эта книга должна послужить для вас введением в изучение физики, предмета очень широкого содержания. Мы рассмотрим многие практические вопросы, которые вас, несомненно, интересуют; что поднимает в воздух самолет, каким образом парусная лодка может плыть против ветра, почему спортсмен закручивает диск перед тем, как сделать бросок, в чем причина полярных сияний и радуги и многое другое. Кроме того, вы узнаете о новейших достижениях, таких, как запуск ракет и цветное телевидение, узнаете о транзисторах и счетчиках Гейгера. Но есть нечто более важное, чем практические вопросы или различные технические достижения: эта книга раскроет вам содержание основных законов физики и вы сами сможете разрешать различные проблемы, касающиеся физики, быть в курсе ее новейших открытий.
Научные представления. Вы увидите, что эта книга излагает научные вопросы так, чтобы помочь вам ответить на многочисленные «почему» физики. Каждая глава начинается с постановки проблемы, решение которой от вас пока еще скрыто. Возможно, читая книгу, вы обнаружите, что тот или иной из поставленных вопросов вам и самим мог прийти в голову или что вы уже задумывались над подобным вопросом.
Затем вы проследите за обсуждением различных научных предположений, или гипотез, выдвигавшихся для объяснения явления. После логического разбора различных гипотез и сопоставления их с ранее известными наблюдениями и опытами наиболее правдоподобная из гипотез подвергается экспериментальной проверке. Если эксперимент подтвердит гипотезу, она становится теорией, объясняющей известный ряд фактов. Если эксперимент не подтвердит се, то выдвигается новая гипотеза и вновь подвергается проверке путем анализа, наблюдения и эксперимента. Такой метод разрешения проблем называется научным методом.
Нет необходимости говорить, что таким интересным путем вы познакомитесь с тем, как ученые подходят к решению реальных научных проблем, как формулируют свои выводы. Следя за этим процессом, вы будете открывать для себя основные физические законы тем же путем, как это делают ученые.
Пробные задачи. В тексте приводится много задач с решениями непосредственно после рассмотрения какого-нибудь важного закона или после вывода формулы. В ряде случаев после решенных примеров помещены задачи без решения, для того чтобы помочь проверить, насколько вопрос вами понят.
Итоги и выводы в конце глав помогут вам повторить важнейшие пункты каждой главы, а также выделяют принципы, вытекающие из эксперимента.
Вопросы для повторения позволят вам проверить усвоение пройденного и умение'пользоваться изученными законами в иных положениях.
Задачи. Особенно цепным для проверки усвоения прочитанного представляется решение включенных в книгу разнообразных задач. Задачи расположены по степени трудности, начиная с самых простых. Несколько первых задач каждой серии можно решить простой подстановкой числовых значений в формулу, последние задачи могут потребовать применения нескольких законов. Помните, что, чем больше вы решите задач, тем более полным будет вате понимание основных положений физики. Освежить ваши математические познания и умение пользоваться формулами весьма поможет глава 4 «Роль математики в науке». Описанные в этой главе основные правила использования математического аппарата послужат отправной точкой в вашей работе над задачами.
Задания. Чтобы научить вас самостоятельно демонстрировать законы физики и применять основные законы физики, в конце большинства глав приводятся задания. Некоторые из этих заданий очень простые, и вы можете выполнить их в несколько минут. Другие — предъявляют бблыпие требования к вашей инициативе, к подбору материала и оборудования.
Развитие физики. Изучая эту книгу, вы заметите, что предварительное понимание предмета физики все расширяется по мере соприкосновения с различными ее областями. Перед вами не только раскроются основные припципы и приложения науки, но вы увидите, что существуют проблемы в различных областях физики, которые ученым еще не удалось разрешить. На примерах некоторых научных споров прошлых времен вы сможете увидеть, как ученые, стоявшие па передовой линии науки, разрешали важнейшие проблемы физики. Развитие пауки выдвигает новые задачи, разрешить которые предстоит физикам будущего.
СОДЕРЖАНИЕ
От редактора перевода ...................... 8
Предисловие авторов ....................... 9
Раздел 1. НАЧАЛО ФИЗИКИ............... И
Глава 1. Падающие тела...................... 12
Как научные противоречия, касающиеся падающих тел, привели к зарождению экспериментальной физики.
Глава 2. Метод науки..................... 17
Как различные методы применялись в поисках истипы и как научный метод преодолевает недостатки других методов,
Глава 3. Роль измерения в науке................ 25
Как возникла необходимость в научной системе мер и как сравнивать английскую и метрическую системы.
Глава 4. Роль математики в науке............... 34
Как применяются в физике формулы, отношения, пропорции и графики.
Глава 5. Сила, тяготение, вес, масса, плотность и трение..... 42
Как некоторые обычно неправильно употребляемые термины точно определяются в фичике.
Раздел 2. ДАВЛЕНИЕ ВОДЫ И ДРУГИХ ЖИДКОСТЕЙ ... 57 Глава в. Жидкости в открытых сосудах............. 58
Как действуют силы в жидкостях в открытых сосудах и как измеряется давление в жидкостях и газах.
Глава 7. Закон Архимеда и его применения........... 70
Как основпоп закон о силах в жидкостях может быть применен для определения удельного веса, плогыостп и способности теча плавать.
Глава 8. Машины, передающие силы в жидкостях; гидравлические
машины........................... 80
Как закон Паскаля объясняет широкое разнообразие применении давления в жидкостях и газах.
Раздел 3. ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА И ДРУГИХ ГАЗОВ..... 91
Глава 9. Давление атмосферы Земли............... 92
Как измеряются и практически используются силы атмосферного давления.
Глава 10. Сжатие н расширение газов.............. 104
Как раскрывается основное соотношение между давлением и объемом газов п как применяются свойства газов в различных: машинах.
Глава 11. Давление в быстрых потоках жидкостей и газов..... 115
Как на основании единого принципа объясняются столь различные явления, как траектория брошенного мяча и полет со сверхзвуковой скоростью.
Раздел 4. СИЛЫ II РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ........... 123
Глава 12, Как складываются п измеряются сады......... 124
Как понимание сложения и разложения сил может спасти вашу
работу и предохранить вас от беды.
Глава 13. Рычаги, момент силы, центр тяжести и устойчивость тела 135
Как определяются условия, необходимые для того, ятобы удержать тело в равновесии.
Раздел 5. ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ.............. 149
Глава 14. Путь, скорость, время и ускорение........... 150
Как соотношения между этими факторами позволяют нам вывести некоторые основные уравнения ускоренного движения.
Глава 15. Дальнейшее изучение падения тел........... 1G2
Как экспериментальное определение позволяет нам расширить наши знания о движении падающих тел.
Глава 16. Законы движения Ньютона.............. 174
Как три основных закона объясняют действия сил, вызывающих различные виды движения.
Глава 17. Вращательное движение................ 192
Как объясняются некоторые применения центробежной силы.
Глава 38. Движения брошенных тел............... 203
Как исследуются некоторые проблемы, касающиеся движений небесных тел и межпланетных путешествий.
Раздел G. РАБОТА И МАШИНА.............. 216
Глава 19. Работа, мощность и энергия............. 217
Как физик различает эти ключевые понятия и измеряет каждую из этих величин.
Глава 20. Простые механизмы.................. 230
Как простые механизмы работают и как определяется пх коэффициент полезного действия.
Раздел 7. О ПРИРОДЕ ВЕЩЕСТВА............. 245
Глава 21. Молекулярная физика................. 245
Как молекулярная теория строения вещества объясняет различные физические явления и приводит к молекулярио-кипетнческой теории материи.
Раздел 8. МИР ТЕПЛОТЫ................. 258
Глава 22. Что такое теплота и температура?........... 259
Как были разрешены противоречия по поводу природы теплоты и как измеряется температура.
Глава 23. Расширение тел.................... 268
Как твердые и жидкие тела расширяются и как практически одинаковое поведение всех газов позволяет нам сформулировать общий газовый закон.
Глава 24. Измерение количества теплоты.............. 281
Как измеряются тепловые явления и как они используются в
нашей повседневной жизни.
Глава 25. Передача теплоты................... 295
Как используются три способа передачи тепла и как от них защищаются.
Глава 26. Работа и теплота.................. 307
Как измеряется механический эквивалент теплоты, как рассчитывается теплота при сгорании топлива и как работают различные тепловые машины.
Раздел 9. ПОГОДА И КЛИМАТ.............. 323
Глава 27. Влажность н погода................. 324
Как исследуются факторы, от которых зависит наша погода, и как
погода может быть предсказала.
Раздел 10. ЗВУК..................... 346
Глава 28. Природа звука.................... 347
Как возникает п распространяется звук в виде волнового движения.
Глава 29. Музыкальные звуки.................. 363
Как фпзика объясняет явления в мире музыки.
Раздел 11. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО....... 382
Глава 30. Что такое электричество?............... 383
Как было пересмотрено понятие об электроне для объяснения поведения заряженных тел.
Глава 31. От электронной теории к атомной теории материи .... 395
Как обе эти теории объясняют электрическую проводимость и электрический ток.
Глава S2. Как электронная теория объясняет действие лейденских
банок, конденсаторов п происхождение молнии..... 408
Как «ужасный» заряд побудил учепых провести некоторые опасные опыты, чтобы исследовать статическое электричество.
Раздел 12. МАГНЕТИЗМ.................. 421
Глава 33. Что такое магнетизм?................. 421
Как основные свойства магппта объясняются электронной теорией.
Глава 34. Связь между магнетизмом и электричеством...... 433
Как открытие одного простого соотношения послужило началом новой эры.
Раздел 13. ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА II ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ............. 447
Глава 35. Получение электрического тока химическим путем .... 448 Как опыт с мертвой лягушкой привел к некоторым далеко идущим
последствиям.
Глава 36. Как явление Эрстеда открыло дорогу электрическим измерениям .......................... 465
Как одно из действий электрического тока применяется для измерений электрических токов.
Раздел 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК............ 481
Глава 37. Законы электрического тока.............. 481
Как последовательные и параллельные соединения сопротивлений исследуются и сравниваются количественно.
Раздел 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ.......... 497
Глава 38. Как с помощью механических средств получается электродвижущая сила.................... 498
Как открытие Фарадея применяется в генераторах и моторах. Глава 39. Индукционные катушки и трансформаторы....... 516
Как применяется возможность изменения магнитного поля за счет электричества в трансформаторных установках и в связи.
Раздел 16. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК.............. 529
Глава 40. Переменный ток.................... 530
Как измеряется переменный ток и как исследуются его фазовые соотпошения.
Р a i д с л 17. ЗАГАДКА СВЕТА................ 546
Глава 41. Что такое свет?................... 547
Как развивались две теории света и как каждая из них объясняет отражение и преломление света.
Глава 42. Интерференция, поляризация и скорость света..... 562
Как волновая теория получает дополнительную поддержку, по измерение скорости света ставит новые проблемы.
Глава 43. Зеркала и изображения................ 575
Как законы отражения применяются для исследования изображений, получаемых в различных зеркалах.
Глава 44. Линзы и изображения................ 590
Как законы преломления объясняют получение изображений при помощи линз.
Глава 45, Оптические приборы.................. 605
Как законы получения изображений в линзах применяются в некоторых оптических инструментах.
Глава 46, Глаз......................... 615
Как человеческий глаз образует изображения и как исправляются недостатки зрения.
Глава 47. Освещение и улучшение видения........... 629
Как свет измеряется и как зрение может быть сохранено.
Глава 48. Загадка цвета..................... 638
Как определяется цвет предметов и как цвета могут быть использованы,
Глава 49. Спектры, испускание и поглощение света....... 651
Как исследуются спектры и как открытие фотоэффекта привело к видоизменению корпускулярной теории.
Раздел 18. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И СВЯЗЬ.......... 667
Глава 50. Радиосвязь ......................
Как радиоволны возбуждаются, передаются и принимаются. Глава 51. Звуковое кино, телевидение и радиолокация...... 684
Как электроны доставляют нам развлечение и защиту. Раздел 19. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА (АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ) ... 698
fiQI
Глава 52, Покорение атомной энергии.............. mj
Как была доказана эквивалентность материи и энергии. Глава 53. Атом покорен, но цивилизация под угрозой....... 716
Как энергия, получаемая путем расщепления и синтеза атомов, ставит новые проблемы перед всем человечеством,
728 Дополнение...........................
Рекомендательная литература.................. *'io
