萬物如何運作：我們日常生活中的物理原理(第六版)（簡體書）

現如今，我們的身邊到處是科學，以及科學所孕育的技術。對於我們大多數人表示，隨著科技變得越來越先進，世界也就變得越來越神秘，甚至變得有些不可預知。比如說，我們面臨多種全球環境問題、溫室氣體的危害以及最佳能源的選擇等。這些問題本質上都是技術性的，當研究這些問題以及與之類似的重要科學問題時，人們提出了許多種“真相”，以及對各種“真相”的反駁。對於許多人表示，他們對這些問題的反應無非是絕望地舉手投降，並接受這樣一種觀點：人們不可能理解現代世界，而只能無助地受它那神秘莫測、無法理解的行為擺布。

事實上，我們周圍的世界，以及我們在日常生活中所使用的科技，都受到一些基本物理法則的支配，一旦理解了這些法則，就可以理解生活中各種各樣的科技現象。微波爐是怎麼加熱食物的？為什麼在有些地方，收音機會收不到信號？為什麼鳥兒能高興地落在高壓電在線？一旦你了解了相關的物理學知識，這些問題的答案就顯而易見了。不幸的是，你不太可能從標準物理課程或物理教科書中學到這些東西。許多研究表明，大多數物理入門課程並沒有給學生提供這種對日常生活的新看法，而是恰恰相反。盡管教師的意圖都是好的，但大多數學生“學習”物理的方式卻是抽象、無趣的，與周圍的世界無關。

本書朝著以新方式展現物理學魅力這個目標邁出了一大步。作者路易斯·A. 布洛姆菲爾德討論了我們在日常生活中遇到的真實物體和設備，而非介紹抽象原則。學生們之所以會覺得物理學跟那些人造的、無聊的想法有關，就是這些原則在搗鬼。然後，他又向讀者解釋了某些看上去如同魔法般的裝置背後的基本物理學原理。人們發現大多數物理學原理的方式就是這樣的：他們質問自己，為什麼周圍的世界是這個樣子，因而發現了各種原理並運用這些原理來解釋和預測他們所觀察到的東西。

我已經在課堂上使用此書數年了，路易斯運用那些看上去極度復雜的設備，將它們所展現出來的復雜性去掉，從而展示出了它們背後那些簡單的物理學原理，這一直讓我感到十分佩服。一旦理解了這些原理，我們就可以用它們來理解在日常生活中遇到的許多設備的運作方式，甚至還能理解其他一些東西——在看完這本書之前，我們還曾覺得它們無比復雜，根本不可能得到理解。在通過此書展開教學的過程中，我對周圍事物背後的物理學原理又有了更深的了解。事實上，在參考了本書中的知識之後，我在跟管道工和空調修理工打交道時，就有底氣跟他們說，他們的檢查結果有問題，需要換種方式來修理我的管道和空調（最後我的結論確實是正確的）。一些訓練有素的物理學家在面對日常生活中的物理學問題時，經常會產生一些誤解，我時不時就會莞爾一笑，比如說，他們會誤解微波爐的工作原理，不知道為什麼微波爐的外壁可以選擇金屬材料，但卻不能往微波爐裡放鋁箔。這種現象使我確信，我們需要讓更多的科學著作像這本書一樣講述各種科學原理。當然，這本書對我班上的學生產生了重大的影響。這些人通常都不是理科生，他們主修的是電影研究、古典學、英語、商業等。他們經常將物理學視為洪水猛獸。令人振奮的是，他們中的許多人驚訝地發現物理學跟他們想的並不一樣——實際上，物理學可以是很有趣、很有用的學科，並使世界變得不那麼神秘。我看到過許多這方面的實際例子：學生在學習了揚聲器和電視機的工作原理之後，突然能夠理解當他將大型揚聲器放到電視機旁邊，圖像之所以會受到幹擾，不是因為有什麼魔法在作怪，而是因為受物理學原理的影響，他現在也知道該怎麼解決這種問題了；有位年輕的女潛水員在了解了光和顏色方面的知識後，突然打斷了我，說她現在終於明白，為什麼在潛水時通過觀察龍蝦的顏色，就能搞清自己潛到了多深的地方；此外，還有些學生突然在課堂上發言，說他搞清了為什麼宿舍一樓的淋浴器會比二樓的更好用。此外，大家當然都很希望搞清楚微波爐的工作原理，以及人們為什麼可以將某些東西放進去，又為什麼不能把其他一些東西放進去，這背後的奇異法則究竟是什麼。

這些例子最能激勵各位老師，因為老師會因此而知道，學生不僅僅是在學習課堂上提供的材料，而且能夠以實用的方式將課堂上的理解應用到新的情境中，這在科學課堂上實在太少了。

無論是好奇的外行、訓練有素的物理學家，還是初學物理的學生，大多數人都會發現，這本書十分有趣，它能讓人大受啟發，並且會讓人得到安慰，知道這個世界並沒有那麼奇怪，那麼難懂。

主動學習實驗：從桌子上移走桌布 1
本章簡介 2
第 1．1 節 滑冰 2
第 1．2 節 下 落 的球 12
第 1．3 節 斜坡 21
第 1 章的結語 31 / 解釋：如何從桌子上移走桌布 31 / 本章摘要，以及重要的定律和
等式 31
本章簡介 34
第 2．1 節 蹺 蹺 板 34
第 2．2 節 輪 子 48
第 2．3 節 碰 碰 車 59
第 2 章的結語 70 / 解釋：如何旋轉餡餅盤 70 / 本章摘要，以及重要的定律和等式 70
主動學習實驗：在頭頂晃蕩一桶水 72
本章簡介 73
第 3．1 節 彈 簧 秤 73
第 3．2 節 球類運動：彈跳 79
第 3．3 節 旋轉木馬和過山車 86
第 3 章的結語 94 / 解釋：在頭頂晃蕩一桶水 94 / 本章摘要，以及重要的定律和
等式 95

主動學習實驗：球高飛 96
本章簡介 97
第 4．1 節 自 行 車 97
第 4．2 節 火箭和太空旅行 104
第 4 章的結語 117 / 球高飛的原理 117 / 本章摘要，以及重要的定律和等式 117
主動學習實驗 ： 浮沉子 119 本章簡介 120
第 5．1 節 氣 球 120
第 5．2 節 水的分配 131
第 5 章的結語 140 / 解釋：浮沉子 140 / 本章摘要，以及重要的定律和等式 141
本章簡介 143
第 6．1 節 給花園澆水 143
第 6．2 節 球類運動：空氣 153
第 6．3 節 飛 機 161
第 6 章的結語 171 / 解釋：渦旋炮 171 / 本章摘要，以及重要的定律和等式 171
主動學習實驗：尺子溫度計 173
本章簡介 174
第 7．1 節 燒木頭的爐子 174
第 7．2 節 水、蒸汽和冰 184
第 7．3 節 服裝、保溫和氣候 192
第 7 章的結語 205 / 解釋：尺子溫度計 206 / 本章摘要，以及重要的定律和等式 206

主動學習實驗：在瓶子裡制造霧 207
本章簡介 208
第 8．1 節 空 調 208
第 8．2 節 汽 車 218
第 8 章的結語 227 / 解釋：為何能在瓶子裡制造霧 227 / 本章摘要，以及重要的定律
和等式 227
主動學習實驗：會唱歌的酒杯 229
本章簡介 230
第 9．1 節 時鐘 230
第 9．2 節 樂器 240
第 9．3 節 大海 253
第 9 章的結語 262 / 解釋：酒杯為什麼會唱歌 262 / 本章摘要，以及重要的定律和等
式 263
主動學習實驗：在不碰水的情況下讓水移動 264
本章簡介 265
第 10．1 節 靜 電 265
第 10．2 節 靜電復印機 274
第 10．3 節 手 電 筒 285
第 10 章的結語 297 / 解釋：為什麼可以在不碰水的情況下讓水移動 298 / 本章摘要，
以及重要的定律和等式 299
主動學習實驗：釘子和電線組成的電磁鐵 300
本章簡介 301
第 11．1 節 家用磁鐵 301
第 11．2 節 電力的分配 311
第 11 章的結語 327 / 解釋：釘子和電線為什麼能組成電磁鐵 327 / 本章摘要，以及重
要的定律和等式 328


主動學習實驗：微波爐中的光盤 329
章節簡介 330
第 12．1 節 無 線 電 330
第 12．2 節 微 波 爐 340
第 12 章的結語 348 / 解釋：微波爐中的光盤 348 / 本章摘要，以及重要的定律和等
式 348
主動學習實驗：拆分陽光的顏色 350
章節簡介 351
第 13．1 節 陽 光 351
第 13．2 節 放 電 燈 360
第 13．3 節 LED 和 激 光 374
第 13 章的結語 387 / 解釋：如何拆分陽光的顏色 387 / 本章摘要，以及重要的定律和
等式 388
主動學習實驗：充當相機的放大鏡 389
章節簡介 390
第 14．1 節 相 機 390
第 14．2 節 光學記錄和通信 400
第 14．3 節 音頻播放器 410
第 14 章的結語 419 / 解釋：放大鏡為什麼可以充當相機 419 / 本章摘要，以及重要的
定律和等式 420

主動學習實驗：受輻射破壞的紙張 421
本章簡介 421
第 15．1 節 核 武 器 422
第 15．2 節 核反應堆 434

第 15．3 節 醫學成像和放射 444
第 15 章的結語 454 / 解釋：受輻射破壞的紙張 454 / 本章摘要，以及重要的定律和
等式 455


A 矢 量 456
B 單位、單位的轉換 458

詞 匯 表 461