淼懂物理学:理解世界的极简指南——李淼

第一期 水中的力量:阿基米德定律

经典物理学是量子物理学之前的物理学,是我们肉眼所能看到的世界。

阿基米德通过帮助古希腊国王鉴定黄金王冠是否掺假,发现了阿基米德定律,他将同样重量的黄金和王冠分别放进装满水的盆里,通过比较溢出水的多少判断金王冠是否掺杂了其它金属——原理:不同的金属密度不一样,所以体积不一样。

阿基米德定律:一个物体在水里受到的浮力等于它排出水的重量。一立方米的水的重量大约是一吨,水每深一米,压强就增大每平方米一吨。(一吨并不是力量的单位,我们要将一吨乘以重力加速度)

压强的单位是“帕斯卡”,一个帕斯卡=每平方米受力为一牛顿,(一牛顿大约等于100克物体的重量)

帕斯卡研究了流体(气体和液体)的压强,任何流体都会传递压强,阿基米德定律说的就是水会传递压强,并且在固定的深度,水的压强在任何方向上都是一样的。

将阿基米德原理应用到空气中,也会得到这样的结论:每升高一米,空气的压强就会减少单位体积中的空气重量。在地面上空气的压强就是一个标准大气压。

托里切利测量到的水银是76cm高,因为水银的比重是水的13.6倍,0.76×13.6=10.336,因此一个标准大气压约等于每平方米10吨。


第二期 星星的旋转轨迹:开普勒三大定律

开普勒第一定律就是行星绕着太阳运行的轨道是椭圆形的,而太阳位于这个椭圆轨道的一个焦点上。

椭圆的焦点是什么?用画椭圆的方法可以解释,拿两个图钉钉在木板上,把一根软线系在图钉上,再拿一支笔放在这根线上,按照一个方向,就会画出一条曲线,这条曲线就是椭圆,而那两个图钉的位置就是焦点。

开普勒第二定律说,行星围绕太阳运行时,在相等的时间内,行星扫过的面积相等。扫过的面积是一个扇形,以太阳为中心点,行星与太阳的连线就是两条边。也就是说近日点的行星转的比较快,而远日点转的比较慢。

开普勒第二定律可以看成是角动量守恒。

举个角动量守恒在生活中的例子,花样滑冰运动员在原地旋转的时候要收拢手臂,手离旋转中心点距离最近,这样才能快速旋转,反之,就会变慢。

开普勒第三定律:行星旋转周期的平方与它离太阳的距离的立方成正比。

这样的话,行星离太阳越远,它走完一圈的时间就越长。所以离太阳最近的水星绕一圈最快,是88天;第二近的金星绕一圈是225天;接下来是地球;第四近的火星将近700天;第五近的木星绕一圈的时间大约是地球的12倍;第六近的土星大约是地球的30倍。(在开普勒时代天王星和海王星还没有被发现)

开普勒第三定律可以推算出行星的速度与离太阳距离的开方成反比,也就是距离太阳越远的行星,速度越小,这样,牛顿的万有引力定律就呼之欲出了。


第三期 感知加速度:伽利略惯性定律

伽利略做的的斜面实验,总结出了惯性定律,惯性定律并不是牛顿发现的,而是牛顿在伽利略的基础上发展的。

惯性定律:任何物体在不受外力影响下保持静止不变或者保持匀速运动

伽利略还发现了自由落体定律:自由落体运动与物体的重量一点关系没有,而是与物体的重力加速度有关,在地球重力的作用下,所有物体向下的重力加速度是一样的。重力加速度大约是9.8m/s。

重力作用加上惯性定律,让伽利略发现抛出去的物体走的是抛物线。

伽利略还发明了望远镜,然后用望远镜发现了月亮上的环形山和太阳中的黑子,他还发现了木星的四大卫星以及土星环。


第四期 巨人肩膀上的胜利:牛顿三大定律

牛顿建立了第一个科学体系——牛顿机械宇宙体系。这个体系的重要组成部分就是牛顿力学,牛顿力学的基础就是关于物体运动的三大定律。

牛顿第一定律就是惯性定律,也就是:任何不受外力作用的物体作匀速运动。其实,这是伽利略发现的。

牛顿第二定律:一个物体运动的加速度与作用在其上的力成正比,与质量成反比。也就是说,力量越大,加速度也就越大,但是,质量越大,加速度就越小。

牛顿第三定律:作用力与反作用力大小相等但方向相反。


第五期 埋葬哲学家的真理:万有引力

四种基本的力:强力、弱力、万有引力、电磁力。强力和弱力都是亚原子力,离我们的生活比较远,而万有引力和电磁力就是我们生活中经常会遇到的力了。

万有引力市所有的物质之间都存在的相互吸引的力。万有引力是一个物体A的质量乘以物体B的质量再除以两个物体之间的距离的平方,最后再乘以一个万有引力常数。也就是物体的质量越大、距离越近、引力就越大。引力与质量成正比,与距离的平方成反比。

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