第一期 水中的力量:阿基米德定律
經典物理學是量子物理學之前的物理學,是我們肉眼所能看到的世界。
阿基米德通過幫助古希臘國王鑒定黃金王冠是否摻假,發現了阿基米德定律,他將同樣重量的黃金和王冠分別放進裝滿水的盆里,通過比較溢出水的多少判斷金王冠是否摻雜了其它金屬——原理:不同的金屬密度不一樣,所以體積不一樣。
阿基米德定律:一個物體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約是一噸,水每深一米,壓強就增大每平方米一噸。(一噸并不是力量的單位,我們要將一噸乘以重力加速度)
壓強的單位是“帕斯卡”,一個帕斯卡=每平方米受力為一牛頓,(一牛頓大約等于100克物體的重量)
帕斯卡研究了流體(氣體和液體)的壓強,任何流體都會傳遞壓強,阿基米德定律說的就是水會傳遞壓強,并且在固定的深度,水的壓強在任何方向上都是一樣的。
將阿基米德原理應用到空氣中,也會得到這樣的結論:每升高一米,空氣的壓強就會減少單位體積中的空氣重量。在地面上空氣的壓強就是一個標準大氣壓。
托里切利測量到的水銀是76cm高,因為水銀的比重是水的13.6倍,0.76×13.6=10.336,因此一個標準大氣壓約等于每平方米10噸。
第二期 星星的旋轉軌跡:開普勒三大定律
開普勒第一定律就是行星繞著太陽運行的軌道是橢圓形的,而太陽位于這個橢圓軌道的一個焦點上。
橢圓的焦點是什么?用畫橢圓的方法可以解釋,拿兩個圖釘釘在木板上,把一根軟線系在圖釘上,再拿一支筆放在這根線上,按照一個方向,就會畫出一條曲線,這條曲線就是橢圓,而那兩個圖釘的位置就是焦點。
開普勒第二定律說,行星圍繞太陽運行時,在相等的時間內,行星掃過的面積相等。掃過的面積是一個扇形,以太陽為中心點,行星與太陽的連線就是兩條邊。也就是說近日點的行星轉的比較快,而遠日點轉的比較慢。
開普勒第二定律可以看成是角動量守恒。
舉個角動量守恒在生活中的例子,花樣滑冰運動員在原地旋轉的時候要收攏手臂,手離旋轉中心點距離最近,這樣才能快速旋轉,反之,就會變慢。
開普勒第三定律:行星旋轉周期的平方與它離太陽的距離的立方成正比。
這樣的話,行星離太陽越遠,它走完一圈的時間就越長。所以離太陽最近的水星繞一圈最快,是88天;第二近的金星繞一圈是225天;接下來是地球;第四近的火星將近700天;第五近的木星繞一圈的時間大約是地球的12倍;第六近的土星大約是地球的30倍。(在開普勒時代天王星和海王星還沒有被發現)
開普勒第三定律可以推算出行星的速度與離太陽距離的開方成反比,也就是距離太陽越遠的行星,速度越小,這樣,牛頓的萬有引力定律就呼之欲出了。
第三期 感知加速度:伽利略慣性定律
伽利略做的的斜面實驗,總結出了慣性定律,慣性定律并不是牛頓發現的,而是牛頓在伽利略的基礎上發展的。
慣性定律:任何物體在不受外力影響下保持靜止不變或者保持勻速運動。
伽利略還發現了自由落體定律:自由落體運動與物體的重量一點關系沒有,而是與物體的重力加速度有關,在地球重力的作用下,所有物體向下的重力加速度是一樣的。重力加速度大約是9.8m/s。
重力作用加上慣性定律,讓伽利略發現拋出去的物體走的是拋物線。
伽利略還發明了望遠鏡,然后用望遠鏡發現了月亮上的環形山和太陽中的黑子,他還發現了木星的四大衛星以及土星環。
第四期 巨人肩膀上的勝利:牛頓三大定律
牛頓建立了第一個科學體系——牛頓機械宇宙體系。這個體系的重要組成部分就是牛頓力學,牛頓力學的基礎就是關于物體運動的三大定律。
牛頓第一定律就是慣性定律,也就是:任何不受外力作用的物體作勻速運動。其實,這是伽利略發現的。
牛頓第二定律:一個物體運動的加速度與作用在其上的力成正比,與質量成反比。也就是說,力量越大,加速度也就越大,但是,質量越大,加速度就越小。
牛頓第三定律:作用力與反作用力大小相等但方向相反。
第五期 埋葬哲學家的真理:萬有引力
四種基本的力:強力、弱力、萬有引力、電磁力。強力和弱力都是亞原子力,離我們的生活比較遠,而萬有引力和電磁力就是我們生活中經常會遇到的力了。
萬有引力市所有的物質之間都存在的相互吸引的力。萬有引力是一個物體A的質量乘以物體B的質量再除以兩個物體之間的距離的平方,最后再乘以一個萬有引力常數。也就是物體的質量越大、距離越近、引力就越大。引力與質量成正比,與距離的平方成反比。