Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

Удивление и восхищение. Интеллектуальный прогресс

Вместо сильного эмоционального убеждения, что его взгляды на природу — это истина в последней инстанции, для ученого главное чувство состоит в наслаждении поисками и достижением более широкого понимания природы. Его главная забота — рост знаний, а не их хранение. Он разделяет с нашими древними предками ощущение любопытства и чувство удивления и восхищения; он расширяет их до огромного чувства интеллектуального прогресса. У вас есть возможность разделить с ним это чувство.

Вы и Наука

Итак, наше рассмотрение физики в этом курсе прошло полный цикл, вернувшись к исходным вопросам о причинах, объяснениях, об эксперименте и теории. Вы не получите четкого заключения, говорящего, что следует называть «правильной» наукой; по существу, вам преподнесли еще более неоконченное, чем вначале, обсуждение этого вопроса; осталось еще больше знаний, требующих развития. Но сжатое воспоминание об упорядоченных фактах должно теперь выглядеть менее важным, чем чувство, что вы понимаете ученых и их работу, или чем убеждение, что наука имеет смысл как часть мудрости человечества.

Если вам доставляет удовольствие наблюдать за научными поисками, а у вас в душе остались некоторые вопросы для дальнейших размышлений; если вы получаете удовольствие от встреч, споров и работы с учеными; если вам нравится экспериментировать; если вы можете отличить «отважный консерватизм» теоретика от безбрежного энтузиазма «чудака», а прежде всего, если вы будете больше иногда читать о науке для себя как образованного человека, живущего в век науки, — тогда этот курс сделал свое дело.

Будущее науки — и практических знаний, и интеллектуального богатства — сильно зависит от отношения неспециалистов: родителей, учителей, должностных лиц, членов правительству… всех образованных людей; поэтому поддерживать доброе имя науки — дело рук каждого из вас как членов научной цивилизации.

В этом разделе собраны вопросы и задачи по материалам нескольких глав и, быть может, даже всей книги в целом. Задачи, помещенные перед гл. 1 , и большинство задач и вопросов из других глав тоже входят в этот раздел, поэтому безразлично, откуда решать задачи на определенную тему.

Задачи этого раздела играют важную роль в обучении, в особенности на более поздней стадии курса. Здесь содержатся: списки небольших статей для обзоров; некоторые общие задачи (или образцы «экзаменационных вопросов»), в которых требуется дать описания, вычисления, обоснования или выдвинуть смелую гипотезу; некоторые вопросы, требующие значительного времени для обдумывания и отвечать на которые нужно скорее изложением своего мнения, чем односложным «правильным ответом». В разделе помещено также несколько очерков.

Там, где требуется обосновать ответ, сделать это намного важнее, чем дать сам ответ. Большие несложные рисунки сэкономят ваше время, сделают ответ более ясным и покажут, что вы поняли, как используют диаграммы ученые. Те вопросы, которые требуют короткого ответа, снабжены указанием такого типа: «напишите 3 строчки» или «—3 строчки».

1. Для каждого понятия а) дайте короткое определение или описание, четко объясняющее, что это такое (~2 строчки; лучше использовать слова, а не символы); б) укажите их обычные единицы в системе СИ (основанной на метре, килограмме, секунде):

а) скорость; о) ток, поток;

б) ускорение; п) сопротивление;

в) плотность; р) заряд;

г) удельный вес; с) кинетическая энергия;

д) сила; т) Р. П. (разность потенциалов);

е) импульс; у) э.д.с. (электродвижущая сила);

ж) вес; ф) напряженность гравитационного поля;

з) масса; х) напряженность электрического поля;

и) напряжение; ц) краевой угол (включите рисунок);

к) деформаций; ч) длина свободного пробега молекул газа;

л) давление; ш) постоянная Планка;

м) длина волны; э) отношение e / m для атомной частицы;

н) частота.

2. Напишите короткую заметку, определяющую, описывающую или объясняющую каждое из следующих понятий (~3 строчки для каждого):

а) равноденствие, д) квадрант (инструмент).

б) планета, е) параллакс.

в) комета, ж) плоскость эклиптики.

г) полярная звезда.

3. В каждом случае, данном ниже, ясно показать, что две единицы, используемые там, совпадают или по крайней мере эквивалентны:

а) Напряженность электрического поля может быть измерена в в / м или ньютон / кулон .

б) Напряженность гравитационного поля, измеренная в ньютон / кг , дается ускорением в м / сек 2.

в) Изменение момента количества движения в кг ∙ м / сек создает импульс в ньютон ∙ сек .

г) Поверхностное натяжение в ньютон / м (сила натяжения на единицу длины кромки мениска) есть в то же время механическая энергия в дж / м 2, необходимая для того, чтобы создать единицу площади новой поверхности.

д) Скорость диссипации энергии в сопротивлении обычно выражается в ваттах , но может быть выражена и в а 2∙ ом (используя соотношение P= I 2 R).

4. Назовите физическую величину, для измерения которой используется каждая из нижеуказанных единиц, и дайте ее значение в общепринятой системе единиц СИ:

(Пример: 1 А° — единица длины . Она равна 10 -10м.)

а) 1 эв ; б) 1 квт∙час ; в) 1 световой год.

5. Опишите известные вам эксперименты (или те, которые демонстрировались вам на лекциях, или которые вы делали сами в лабораториях), показывающие, что:

а) импульс в столкновениях (даже неупругих) сохраняется.

б) постоянная сила создает постоянное ускорение.

6. Дайте короткий перечень экспериментов, которые встречались вам раньше, для любых трех из указанных ниже случаев, объяснив, как были получены результаты (~1 страница для каждого из трех случаев):

1) измерение радиуса Земли.

2) использование движения Луны в проверке гравитационного закона обратных квадратов.

3) измерение расстояния между Луной и Землей.

4) измерение расстояния между Венерой и Солнцем в единицах расстояния между Солнцем и Землей.

5) измерение величины гравитационной постоянной G , входящей в соотношение F= GM 1 M 2/ d 2.

7. Какая количественная или качественная информация о молекулах содержится в каждом из нижеследующих пунктов? (Не отвечайте одним словом, а дайте короткое объяснение.)