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。
古希腊的神学家阿基米德说过这样一句话:“给我一个支点,我就能举起地球!”他认为:“一定大小的力可以移动任何重量。”
地球重60000亿亿吨,一个人的力量有多大呢,能够移动这么重的地球吗?你可能认为阿基米德在吹牛。其实,他的话有一定的道理,因为力通过机械,可以“放大”。
原始人为了保护自己的洞穴,常常用大石头堵住洞口。他们是怎样搬动大石头的呢?几千公斤的大石头不是轻易能搬动的,一定是工具帮了他们的忙。
可能是这样,几个原始人拿一根结实的树干想撬石头。他们把树干的一端放在大石头的下面,在靠近这一头的树干下垫了一块小石头。当他压下树干另一端的时候,没花多大的力气,就把大石头给撬起来了。
第一个这样做的原始人,决不会意识到自己竟是大发明家。他发明了我们称作“杠杆”的机械。这种机械可以节省力气。
原始人虽然知道用杠杆搬动大石块,但是并不知道为什么。阿基米德是总结出杠杆原理的第一个人。
任何杠杆都有三个着力的地方:支持杠杆的地方叫作支点,用力的地方叫作动力点,接触载荷物的地方叫作阻力点。从支点到动力点的作用线的垂直距离叫动力臂;从支点到阻力点作用线的垂直距离叫阻力臂。阿基米德仔细研究了杠杆之后,发现杠杆的动力臂越长,举起重物需要的力量越小。它们之间的关系是这样:
动力×动力臂=阻力×阻力臂
动力=阻力*阻力臂/动力臂
因此,只要有足够长的动力臂,任何小的动力都可以举起任何重的物体。大概由于这个规律太重要,当时人们把它称作“黄金法则”。
阿基米德夸口说,他能用杠杆移动地球。在理论上,这是正确的;在实际上,这是办不到的。因为:
第一,需要一根长得难以想象的杠杆,它的动力臂应该是阻力臂的一千万万万万万倍。这样长的杠杆是无法找到的。
第二,宇宙间的天体都在不停地运动着,找不到一个相对不动的支点。
第三,即使上面两个条件能够办到,把地球举起1厘米,人必须在杠杆的动力臂一端,按下十万万万万公里长的一条弧。按照1秒钟按下1米的速度计算,需要三十万万万年的时间。谁的寿命有这么长?
利用杠杆能够省力,但是有时候反而费力。譬如划桨,动力臂短,阻力臂长,动力就大于阻力。划船虽说费力,但是节省了距离。划桨的时候手移动的距离短,桨叶在水中移动的距离长,使船行得更远。
又如,剪刀也是一种杠杆,它的两片刀叶钉在同一支点上,称作双杠杆。用途不同的剪刀,形状也就不同。剪铁皮的剪刀,刀把长,刀口短,这样可以省力。理发用的剪刀,刀把短,刀口长,这样虽然费力,却省了距离。剪发不需多大力气,刀口长,手指不用移动很大距离,就能剪很多头发,并且剪得整齐。 上面说的杠杆,有一个共同的特点,就是支点在动力点和阻力点的中间。这类杠杆称为第一类杠杆。它既有省力的,也有费力的,主要由支点的位置决定。
说撬棍是一种杠杆,你容易理解;说铡刀是一种杠杆,你的脑子也许转不过弯来。但是稍加思索就不难明白。它和第一类杠杆不同的地方,是它的阻力点在动力点和支点中间。我们称这一类杠杆,为第二类杠杆。
这类杠杆有一个明显的特点:动力臂总是大于阻力臂,所以它总是省力的。独轮小车,起瓶盖的扳子,都属于这类杠杆。
还有一类杠杆,它的动力点在支点和阻力点之间,如用铁锹向卡车上装土。这一类杠杆,称为第三类杠杆。
这类杠杆有一个显著的特点:动力臂总是比阻力臂短。所以使用这类杠杆总是费力,然而能够节省距离。你看,往卡车上装土,手的动作不大,铁锹移动的距离却相当大,可以把土送到很高的地方。用两只手拿长扫帚扫地,钓鱼的时候往上提钓竿,都是在利用第三类杠杆。P1-3
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