图解不需算式的物理学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书特色

　　本书内容从物理学的诞生开始至牛顿力学、相对论为止。序章是从物理学形成的概括思想观点，来看物理学诞生的历史过程。因此，第1章之后即是从学习已完成之物理学理论开始，舍弃历史的辗转曲折，直接开启以合理形式出现的物理学大门。

　　本书内容主要是提供给一般害怕物理学、从未真正了解物理之美的读者的物理学入门书，因此尽可能不使用算数公式。期望能让更多人理解近代甚至是现代社会中，极为重要的知识之一，即物理学的思考模式。

作者简介

水崎高浩

　　1963年出生。理学博士。理论物理学者。

　　于东京大学理学系研究科博士课程终了后，先担任东京大学理学系研究科物理学科助教，现在为专修大学教授、以及东京大学客座教授。一方面也发表相当多论文，主要于Physical Review学志上发表。

译者简介

张萍

　　1995年始接触日文；翻译经验迄今已有七年。高科大应日系、云科大企研所毕，日本特别研究生一年。目前在新竹某大财团法人从事对日国际业务。喜好旅行看山看水、上网东张西望。译有：《图解半导体制造装置》（世茂出版）等。

第0章 欢迎来到物理学的世界
0-1 提倡「非常理假说」的学者们
0-2 第1次变革──奇妙且崭新的假说所引发的中世纪末之战
0-3 第2次变革──近代科学发展中所累积的矛盾
0-4 20世纪初物理学的两大革命

第1章 运动法则
1-1 惯性法则
1-2 运动方程式
1-3 自由落体
1-4 伽利略相对性原理
1-5 抛射体运动
1-6 惯性力
1-7 柯氏力

第2章 守恆量
2-1 冲突
2-2 运动量
2-3 能量
2-4 角动量(angular momentum)

第3章 万有引力
3-1 万有引力
3-2 开普勒行星运动定律
3-3 牛顿力学与行星运动
3-4 宇宙速度
3-5 太阳系探勘
3-6 潮汐力

第4章 流体物理
4-1 变化球
4-2 马格纳斯力(Magnus Effect)
4-3 扬力
4-4 流体物理

第5章 电与磁
5-1 电与磁
5-2 电与磁及原子
5-3 制造电流的磁场
5-4 电磁力
5-5 电磁感应
5-6电磁感应的应用
5-7 电磁波
5-8 地球磁场

第6章 相对论
6-1 光速
6-2 光速恆定原理
6-3 特殊相对论
6-4 质量与能量的关系
6-5 等价原理证
6-6 一般相对论
6-7 一般相对论
6-8 一般相对论与宇宙

Column  专栏
「我是猫」中，猫咪所说的牛顿运动方程式
重量
牛顿的发现
是谁发现惯性法则的？
守恆量
力
以分割的方式思考困难的问题
椭圆运动的地球
加速度感应
描绘金星的图形──五芒星
波霎与角运动量守恆法则
发电
再启动制动器
回旋加速器实验
夸克(quark)
牛顿力学与电磁学间之矛盾
爱因斯坦奇蹟的一年
素粒子加速器实验
双胞胎的反论
不可思议的扭转空间
GPS与相对论

3-5太阳系探勘
借由绕行星变轨（Swing-by）的方法，即可利用行星的重力使太空探测器加速，而使得运用较少的燃料进行行星探勘的工作变得可能。

行星探勘
为了更有效率地进行行星探勘，行星的位置就显得相当重要。若是欲进行探勘的行星们是并行在一起的，那么就可以用一台太空探测器同时进行探勘。以木星与土星为例，探勘时必须考虑两颗行星朝相同方向前进的时间点。

木星公转週期为11.86年，土星为29.5年。既然木星与土星朝同一个方向前进，我们就可以求得它们朝下一个相同方向前进的週期（会合週期）。两颗行星各自公转的角速度分别为 及 。角速度是由公转週期除以360°＝2 得来。公转角速度差即为 ×01.0504。求得的会合週期为2 ×0.0504＝ ，因此为19.8年。若木星与土星在同一个方向，一台探勘机可以同步进行两种探勘，对行星探勘来说是非常宝贵的机会，这样的机会约20年才会遇到一次。

也可以用同样的方法来计算其他两种行星的会合週期。由于较远的行星公转週期较长，这些行星的会合週期也非常之长。多数行星朝向同一方向运行，遇上会合週期时，对行星探勘来说即是非常宝贵的机会。

这种探勘机会曾经在距今约30年前出现。1977年人类发射了太空探测器　　航海家号（Voyager）太空船，当时可以观察相同方向的木星、土星；转个方向还可以观察天王星、海王星，并且航向太阳系之外。之所以能够如此，其实是利用当时行星位置配置的优势，并且巧妙地运用力学定律。

绕行星变轨
观察太空探测器的飞行路径（图3　12）可以得知，为了能够一次探勘数个行星，势必改变探测器的航行方向。由于改变航向也会改变速度的方向，因此就必须要有加速度运动。因此，必须必需在探测器上增加作用力。

其中一种改变探测器方向的方法是用喷射燃料。但是这样的方法必须要装载大量的燃料，实际上会有困难。另一种方法是利用欲探勘行星本身的重力。若这个方法可行，就不只可以方向改变，甚至还可以加速前进。该方法称为「绕行星变轨」。

若能够借由欲採勘行星的重力，以好像要钻入行星内部的状态，应该就可以「改变方向」。然而，关于「可以加速」这件事情，你不觉得好像有点奇怪吗？接着就来说明一下其中的奥秘。

某个物体A在速度 的情况下，撞到非常重且顽固的墙壁B，因此它被同样的速度 反弹回去。此时，若墙壁以速度 接近物体，则物体的反弹速度会变成是原有速度 ，再加上墙壁接近速度 的两倍。也就是说，若与运动中的物体碰撞后反弹，则反弹速度就会变成是以对方的速度再加速。这部分可以运用运动量与能量守恆定律来表示。

太空探测器虽然没有直接冲撞木星，但是却可以利用木星所拥有的强大重力改变其方向并予以加速。也就是说，航海家可以用木星的公转方向转到木星的另一侧；也可以借由木星的重力，利用力量互相牵制的方式来改变其行进方向，同时利用木星公转速度来加速。虽然实际的运作有些复杂，但是应该可以大致理解其中的架构。航海家在探勘木星并加速后，便继续探勘土星、天王星以及海王星，并且进行反覆地加速，最后成功甩掉太阳重力、航离太阳系。

描绘金星的图形　　五芒星
畅销小说「达文西密码」是一部意义深远的作品，其中有提到「金星每八年在黄道带上所形成的轨迹是个五芒星图。」我想「这究竟是怎么一回事呀？」所以就试着去找出解答。

所谓五芒星，如下页图所示，是可以用一笔划画完的星型。虽然其有许多种象征的意义，但是和物理却毫无相关。在此，我们试着来思考金星与该图形间的关系。

相对于地球公转週期为1年，金星的公转週期由于公转半径较小，因此速度较快，仅有225天。我们可以借由这两个数字，来计算行星的「会合週期」。从计算结果可以发现2/225 2/365＝2/587，因此，每约1年7个月，金星就会接近地球一次。

如果用直觉式的思考模式来看上述的会合週期。365天乘以8等于2,920天。另一方面，225天乘以13等于2,925天。虽然两个结果有点差距，但是差不多可以视为一样，这表示当地球进行8次公转时，金星就会进行13次的公转。用会合週期的587天除以2,925天，结果就会得到5次，由此可知，8年之内金星会接近地球5次。因此，若将金星的位置以直线连结后，就会发现其刚好和五芒星用一笔划画完的顺序一致。在黄道带上，因为金星与地球之间拥有再次接近的特殊关系，因此连结金星的位置即可得到这个有点抽象的五芒星图形。这是单纯观测天空、金星实际运动也无法了解的情形。将金星与五芒星间的关系连结起来的古人们，好像就已经能够得知地球与金星环绕太阳的公转週期比率为（13：8）了。

「达文西密码」中还提到了牛顿的名字，以及会在第6章中提出相对论的爱因斯坦。爱因斯坦在该作品中，虽然只是被作为一个比喻；但是，牛顿就不是因为物理，而是因为与内容相关而被提及。

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