Fizyka i astronomia dla ka¿dego
Transkrypt
Fizyka i astronomia dla ka¿dego
Fizyka i astronomia dla ka¿dego Zakres podstawowy dla szkó³ ponadgimnazjalnych Pod redakcj¹ Barbary Sagnowskiej Kraków 2007 Zam Kor 1 Autorzy: Ma³gorzata Godlewska, Marek Godlewski, Jerzy M. Kreiner, Maria Rozenbajgier, Ryszard Rozenbajgier, Barbara Sagnowska Projekt ok³adki i szablonu graficznego: Joanna Wypiór Recenzje wewnêtrzne: Danuta Biczewska, Jadwiga Jaworska, Adam Kleiner, Jadwiga Salach © Copyright by ZamKor, Spó³ka Jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel.: 0 12 623 25 00 faks: 0 12 623 25 13 e-mail: [email protected] http://www.zamkor.pl ISBN 978-83-88830-96-9 ISBN 83-88830-96-1 Druk i oprawa: P.W. STABIL, Kraków, 0 12 410 28 20 2 Spis treœci 1. Otaczaj¹cy nas Wszechœwiat . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1. Sk¹d siê wziê³o w najdawniejszych czasach zainteresowanie astronomi¹? . . . . . . . . 1.2. Orientacja na niebie. Gwiazdy i galaktyki . . . . 1.3. Czym zajmuje siê kosmologia? . . . . . . . . 1.4. O uk³adach planetarnych wokó³ gwiazd . . . . 1.5. Gwiazdy „b³¹dz¹ce”, czyli planety . . . . . . . 1.6. Nasz najbli¿szy s¹siad w przestrzeni – Ksiê¿yc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 13 22 29 35 49 2. Podstawowe prawa mechaniki . . . . . . . . . . . . . . 59 2.1. Co mierzymy, wa¿¹c? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Czyli pierwsza i trzecia zasada dynamiki 2.2 Czy cia³a ciê¿sze spadaj¹ krócej ni¿ l¿ejsze? . . . . . . . . 64 Czyli druga zasada dynamiki Newtona 2.3. Wszystkie cia³a przyci¹gaj¹ siê wzajemnie . . . . . . . . . 68 Czyli prawo powszechnej grawitacji 2.4. Do czego s³u¿¹ satelity geostacjonarne? . . . . . . . . . . 72 Czyli si³a doœrodkowa 2.5. Wyruszamy w Kosmos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Czyli postaæ ogólna drugiej zasady dynamiki; zasada zachowania pêdu 2.6. Co to znaczy, ¿e cia³o jest w stanie niewa¿koœci? . . . . . 83 2.7. Czy mo¿na ¿yæ w œwiecie bez tarcia? . . . . . . . . . . . . 85 Czyli tarcie statyczne i kinetyczne 2.8. Co w fizyce oznacza wykonywanie pracy? . . . . . . . . . . 91 Czyli praca mechaniczna i moc 2.9. Jak na co dzieñ u³atwiamy sobie wykonywanie pracy? . . . . 96 Czyli maszyny proste 2.10. Energia – najwa¿niejsze pojêcie fizyczne . . . . . . . . . 101 Czyli energia potencjalna i kinetyczna; zasada zachowania energii mechanicznej 2.11. Jak¹ szybkoœæ trzeba nadaæ cia³u na Ziemi, by mog³o opuœciæ Uk³ad Planetarny? . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Czyli druga prêdkoœæ kosmiczna 3. Mechanika cieczy i gazów . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.1. Jak dzia³aj¹ hamulce samochodowe? . . . . . . . . . . . 109 Czyli prawo Pascala dla cieczy i gazów 3 3.2. Dlaczego okrêt p³ywa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Czyli prawo Archimedesa 3.3. Dlaczego samolot lata? . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Czyli prawo Bernoulliego; si³a noœna 4. Ruch drgaj¹cy i falowy . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.1. Wokó³ wszystko drga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Czyli wielkoœci opisuj¹ce ruch drgaj¹cy; rezonans mechaniczny 4.2. Sk¹d siê bior¹ fale? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Czyli fala jako zaburzenie rozchodz¹ce siê w oœrodku sprê¿ystym 4.3. Czym ró¿ni siê fala d¿wiêkowa od fali na wodzie? Czyli fale pod³u¿ne i poprzeczne 4.4. Gdy fala spotyka falê . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Czyli zasada Huygensa; interferencja i dyfrakcja fal 4.5. Jak wykryæ zanurzony okrêt podwodny? . . . . . . . . . . 150 Czyli zjawisko odbicia fali 4.6. Czym charakteryzuj¹ siê dŸwiêki?. . . . . . . . . . . . . 153 Czyli o dŸwiêkach, tonach i szmerach 4.7. Co s³yszymy? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Czyli o cechach dŸwiêków i zjawisku Dopplera 5. Fizyka cz¹steczkowa i termodynamika . . . . . . . . . . 161 5.1. Hit reklamowy – dyfuzja . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Czyli cz¹steczkowa teoria budowy materii; równanie stanu gazu doskona³ego 5.2. Co wspólnego z fizyk¹ ma proszek do prania? . . . . . . . 166 Czyli si³y miêdzycz¹steczkowe 5.3. Co spowodowa³o katastrofê promu kosmicznego?. . . . . 170 Czyli w³aœciwoœci sprê¿yste cia³ sta³ych 5.4. Poznajemy nowy rodzaj energii . . . . . . . . . . . . . . 173 Czyli energia wewnêtrza, ciep³o; pierwsza zasada termodynamiki 5.5. Dlaczego kaloryfery maj¹ z³o¿on¹ konstrukcjê? . . . . . . 178 Czyli transport energii wewnêtrznej; ciep³o w³aœciwe; przewodnictwo cieplne 5.6. Dbaj o sprawne dzia³anie domowej wentylacji!. . . . . . . 182 Czyli transport energii przez konwekcjê 5.7. Dlaczego lodówka wewn¹trz ch³odzi, a na zewn¹trz grzeje? 184 Czyli przemiany energii wewnêtrznej w zjawiskach topnienia i parowania 5.8. Jak dzia³a silnik samochodowy? . . . . . . . . . . . . . 191 Czyli przemiany energii wewnêtrznej w energiê mechaniczn¹ 5.9. Nieporz¹dek robi siê sam . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Czyli procesy odwracalne i nieodwracalne; entropia 4 6. Elektromagnetyzm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.1. Uwaga! Dotykanie grozi pora¿eniem! . . . . . . . . . . . 199 Czyli ³adunki elektryczne; pole elektrostatyczne; pr¹d sta³y 6.2. Oszczêdzaj energiê elektryczn¹! . . . . . . . . . . . . . 208 Czyli opór elektryczny; praca i moc pr¹du; pr¹d przemienny 6.3. Kiedy bezpiecznik wy³¹cza nam pr¹d? . . . . . . . . . . 214 Czyli ³¹czenie szeregowe i równoleg³e odbiorników 6.4. Odkrycia, które zmieni³y œwiat . . . . . . . . . . . . . . 219 Czyli si³a elektrodynamiczna; indukcja elektromagnetyczna 6.5. Czy pó³nocny biegun magnetyczny Ziemi le¿y na pó³nocy? . 227 Czyli pole magnetyczne Ziemi 6.6. Dlaczego nie mo¿emy otrzymaæ pojedynczego bieguna magnetycznego?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Czyli w³aœciwoœci magnetyczne materii 6.7. Czy u¿ywanie telefonów komórkowych szkodzi zdrowiu? . . 233 Czyli fale elektromagnetyczne 7. Optyka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.1. Dlaczego cia³a œwiec¹? Jaka jest natura œwiat³a? . . . . . 243 Czyli Ÿród³a œwiat³a; falowa i korpuskularna teoria œwiat³a 7.2. Jedno z najwa¿niejszych doœwiadczen fizyki – doœwiadczenie Younga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Czyli interferencja i dyfrakcja œwiat³a 7.3. Co wspólnego ma szczotka do mycia butelek z fal¹ œwietln¹? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Czyli polaryzacja œwiat³a 7.4. Œwiat³o przenosi informacje . . . . . . . . . . . . . . . 258 Czyli odbicie, za³amanie i rozproszenie œwiat³a 7.5. Dlaczego widzimy swoj¹ twarz w lustrze? . . . . . . . . . 263 Czyli powstawanie obrazów w zwierciad³ach 7.6. Najczêœciej u¿ywany przyrz¹d optyczny . . . . . . . . . . 267 Czyli obrazy w soczewkach cienkich 7.7. Ka¿dy chce widzieæ jak najlepiej . . . . . . . . . . . . . 270 Czyli oko i lupa jako przyrz¹dy optyczne 7.8. Patrzymy w niebo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Czyli o teleskopach 7.9. Czy œwiat³o na pewno jest fal¹? . . . . . . . . . . . . . 279 Czyli zjawisko fotoelektryczne zewnêtrzne 5 7.10. Atomowy odcisk palca . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Czyli widmo wodoru 7.11. Elektron na karuzeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Czyli model Bohra budowy atomu 7.12. Niezwyk³e œwiat³o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Czyli laser 8. Elementy teorii wzglêdnoœci . . . . . . . . . . . . . . . 293 8.1. Czas p³ynie niejednakowo . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Czyli wzglêdnoœæ pojêcia jednoczesnoœci 8.2. E = mc 2 – najwa¿niejszy wzór w fizyce . . . . . . . . . . 299 9. Od mikroœwiata do Kosmosu . . . . . . . . . . . . . . 303 9.1. Jak odkrywano cz¹stki elementarne? . . . . . . . . . . . 303 9.2. Czym zajmowa³a siê Maria Sk³odowska-Curie? . . . . . . 305 Czyli promieniotwórczoœæ naturalna 9.3. Czy mo¿na unikn¹æ kontaktu z promieniowaniem jonizuj¹cym? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 9.4. O wykorzystaniu izotopów promieniotwórczych w medycynie i technice . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Czyli sztuczna promieniotwórczoœæ 9.5. Si³y dzia³aj¹ce miêdzy sk³adnikami j¹dra. Energia wi¹zania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 9.6. Czy budowaæ elektrownie j¹drowe? . . . . . . . . . . . . 318 Czyli zjawisko rozszczepienia ciê¿kich j¹der 9.7. 9.8. 9.9. 9.10. Dlaczego S³oñce œwieci? . . . . . . . . . . . . . . O ewolucji gwiazd, czyli o tym, jak d³ugo „¿yj¹” gwiazdy Diagram Hertzsprunga Russella . . . . . . . . . . . Jednoœæ mikro- i makroœwiata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 326 333 336 Aneks 1. Opisujemy ruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 Aneks 2. Niepewnoœci pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . 347 Odpowiedzi do zadañ rachunkowych . . . . . . . . . . . . . 353 Tabele wielkoœci i sta³ych fizycznych oraz astronomicznych . . 357 Skorowidz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 6