在我们生活和工作的大千世界里,层出不穷的物理现象和形形色色的物理问题,不时地呈现在我们面前,让我们去琢磨,去探索,去揭示,去解决。这套丛书共讲述了六百多个物理故事,并且有二百多幅插图。形式新颖活泼,构思精巧,故事跌宕起伏;行文深入浅出,语言自然流畅,插图清晰精美,是青少年学习和了解最新科学知识和高技术的良师益友,是中小学图书馆、班级图书角最佳选配图书。
本书内容翔实,知识准确精到。我们没有作深奥而抽象的理论阐述,也没有用不着边际的奇思幻想来取悦读者,而是从当前的科学技术已经取得的成就出发,推论出若干年后可能出现的各种造福于人类的美好事物和灿烂前景,着力在青少年朋友面前展现一个令人神往、富饶博大的物理知识王国;热情引导青少年朋友步入色彩斑斓、芳香四溢的物理科学百花园,使之目不暇给,流连忘返。
本书从各个方面精选了古今中外物理故事几十篇,对提出的每一种现象,每一个问题,都做了简要的科学的解释。
作者期望通过这些引人入胜的故事,不仅向读者介绍一些新知识、新技术,而且还要帮助读者认识身边所发生的一些现象,对已学过的物理知识做进一步的理解,乃至灵活运用这些知识去揭示一些奥秘,解决生活和工作中碰到的一些实际问题。
作者努力使书里讲述的故事耐人寻味,以培养读者对物理学这门学科的浓厚兴趣,只有这样,才能够更自觉地去深入领会物理学所涉猎的各种知识。
波光粼粼沉沉浮浮
夏季,骄阳似火,热风扑面。这时,一池清碧的水展现在你的面前,你一定会纵身跃人那粼粼的碧波之中游个痛快。
游泳是世界上最流行的竞赛项目,也是人们最喜爱的一项健身运动。当你潜入水中,会遇到从四面八方来的水的压力。人们在和水搏斗时,就不知不觉地发展了自己的体力和耐力。游泳时手足并用,全身的肌肉和关节也都在全面地协作,使全身肌肉得到了均匀的发展。为了协调全身肌肉的动作,需要中枢神经系统高度精确的指挥与控制。如游自由泳时,双手要不断交替向前划水,双脚又要上下扩大,做的是不同方向的动作。这对神经系统是一种良好的锻炼,可以大大增进它对外界反应的灵敏度。作为竞赛项目,游泳常是以零点几秒之差而决胜负。所以游泳既锻炼了耐力,又提高了速度。可见游泳在提高人们的力量、速度、耐力和灵敏性四项素质方面,都有价值。游泳是一项全面的锻炼,无怪乎游泳运动员的身姿,显得格外健美、匀称。
游泳对心肺的功能,也有较大的锻炼作用。在水中运动,体力消耗大。水温比体温低,水的导热性是空气的26倍,接触水后常常先引起稍血管的收缩,继而发生适应性的扩张。这些因素,能大大增强心脏的功能,减少代谢废物在血管壁上的沉着。水对胸部的扩展会产生12~15公斤的压力,为了抵抗这种压力,胸肌及各种呼吸辅助肌都要被迫进行强烈的活动,从而变得强壮有力。其次,人在水中,不可能像在陆地上那样从容呼吸,而必须在短暂的一刹那,进行换气。游泳比赛时,运动员总是把头埋在水中,以减少前进时的阻力;他们每划动数次,才抬头或侧头换气一次,因为时间紧迫,换气量要求尽可能大。这样长期的锻炼,就可以增加游泳运动员的肺活量。普通人的肺活量一般是3000~4000毫升,而优秀游泳运动员的肺活量,可以达到5000~7000毫升。
在水中,体温的散失和能量的消耗都比较大,游泳者特别容易饿。游泳后,食欲亢进,食量大增,能促使身体吸收更多的营养物质,来增加体内能量的预存。为了保护体温不过快散失,游泳运动员的皮下脂肪也会稍多一些,外形显得更加丰腴健美。
游泳还能锻炼人们的意志,以及勇敢精神。而对浩瀚的江河湖海,要在水中取得活动的自由,没有坚强的意志和高超的本领是不行的。怯懦者只好“望洋兴叹!”
在天然的游泳场地游泳,可以饱览大自然美丽的风景,充分享受灿烂的阳光和新鲜空气,这都是有利于健康的。
游泳时,人一跳进水里,就受到浮力的作用。产生浮力的原因是水对人体下表面的压力大于上表面的压力,因合力向上,便托人体上浮。浮力的大小等于人体所排开的液体的重量。浮力的作用点叫压强中心,也叫浮心。
地球上的一切物体,包括人体在内,不管在空中、在地面、在水里,都要受到重力的作用,这个重力的作用点叫做重心。人体重心位置不仅每个人不一样,就是对同一个人来说,也因身体姿势不同而变化。 游泳时人体同时受到浮力和重力的作用,那么,浮心和重心是否重合呢?一般说来,是不重合的。因为浮心是被排开的液体的重心,所以只有均匀物体全部浸入外里时,浮心才与物体重心重合。当人站在齐腰深的水中时,其浮心的位置显然比重心低得多,浮心在两大腿之间,而重心却在第一至第五骶椎之间。当人两臂贴于体侧仰卧水中时,由于大腿的比重较大,上体肺中又含有空气,所以重心比浮心距腿近。由于这两个力的中心没有重合,所以重力G和浮力Q组成一对力矩使两腿和躯干部下沉,直转到浮心与重心在同一条垂线上为止。当人体姿势变化时,重心和浮心的位置随着变化。例如,当两臂逐渐往头上伸时,人体的重心和浮心就沿着人体的垂直轴往头的方向移动,但重心移动得快,浮心移动得慢。当两臂向头侧伸直时,人体的重心和浮心就上下处于同一垂直线上了。
由于浮心和重心不经常重合于同一垂直线上,因此,需花一些力气来保持身体水平状态,重力与浮力形成的力矩也能使我们的身体在水中作一些有利的翻转。如自由泳转头向右吸气时,身体左侧全部浸入水中,而右侧却有一小部分露出水面,因此浮心位置左下移,重力G和浮力Q组成的左右力矩会使身体有恢复到水平的趋势。又如,当你入水或转身动作后潜入水中时,总是头部先露出水面,也是重力和浮力这一对力矩所造成的。P14-16
在刚刚步入的21世纪里,世界各国经济乃至综合国力竞争的关键是科技实力,竞争的焦点是高技术及其产业。可以预料,21世纪高技术及其产业的发展将更加迅猛,并将给人类社会经济发展带来重大的影响。
今后十几年或更长的一段时间,是我国现代化建设的重要时期。在这个关键时期,不了解科学发展进程,不懂得高技术,就不能了解我们的世界和我们可能面临的未来。那么,眼下前沿科学处在一个什么样的水平?21世纪又将是个什么样?人类未来的前景如何?诸如此类人们渴望了解的问题,在科学技术日新月异的今天,就更加富有魅力,更加诱人了。
为了有所准备地迎接并顺利地走过机遇与挑战并存的21世纪,为了适应青少年——21世纪的主人渴求掌握科学、了解高技术的强烈愿望,并适应素质教育的要求。我们不失时机地推出了面向中小学生的《精彩物理故事丛书》。这套丛书共分为10册,分别是:《力学故事——昂热桥惨案》《光电学故事——电子警犬》《核物理故事——天葬核废料》《电磁学故事——遇难者的救星》《核武器故事——“小男孩”摧毁一座城市》《声学故事——寒山寺的钟声》《天体物理故事——恒星在飞驰》《引力学故事——向地球引力宣战》《声波学故事——征服无声世界》《航天故事——圆了千年飞天梦》。它们既囊括了力学、热学、电学、光学、声学、原子物理、天体物理的基本知识,也广泛地涉猎了物理学方面的最新知识、技术及其发展动向,还提出了一些尚未解决的物理问题,以激发青少年朋友对物理学的兴趣、爱好,有助于学习、理解、精通物理学这门课程。
这套丛书,讲述了六百多个物理故事,并且有二百多幅插图。形式新颖活泼,构思精巧,故事跌宕起伏;行文深入浅出,语言自然流畅,插图清晰精美,是青少年学习和了解最新科学知识和高技术的良师益友,是中小学图书馆、班级图书角最佳选配图书。
这套丛书共计一百多万字,作者努力做到内容翔实,知识准确精到。我们没有作深奥而抽象的理论阐述,也没有用不着边际的奇思幻想来取悦读者,而是从当前的科学技术已经取得的成就出发,推论出若干年后可能出现的各种造福于人类的美好事物和灿烂前景,着力在青少年朋友面前展现一个令人神往、富饶博大的物理知识王国;热情引导青少年朋友步入色彩斑斓、芳香四溢的物理科学百花园,使之目不暇给,流连忘返。倘若青少年朋友能够从阅读这套丛书中获取乐趣,学会物理知识的灵活运用,并能触类旁通,我们将不胜欣忭。
于今昌
2006年8月