讀書日
3小時讀通牛頓力學
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內容簡介

  向量
  三角函數
  慣性定律
  運動方程式
  作用力與反作用力
  動量與衝量
  力矩
  能量守恆……

  學習牛頓力學,最頭痛的問題!

  從溜滑梯探討斜面運動,
  從腳踏車探討圓周運動,
  打棒球認識動量,
  拖行李了解摩擦力,
  電梯上升下降使體重忽重忽輕,
  單擺的力學能守恆
  可怕的滑輪問題……
  日常生活中的牛頓力學無所不在,
  會畫力學圖,就會解題!




 
 

作者介紹

作者簡介

小峯龍男 Tatsuo Komine


  1953年生於東京。1977年畢業於東京電機大學工學部機械工學專業。曾任職於東京電機大學高中部,為NPO法人組織科學技術立國創生推進會會員。日文著作豐富,包括:《開始吧!愉快的電子實驗》、《電子實驗基礎》、《機械工程基礎》、《流體力學基礎》、《製圖基礎》、《機構學結構與基礎》、《電子迴路結構與基礎》等。

譯者簡介

龔恬永


  2002年畢業於國立交通大學電子工程學系。JLPT N1滿分,日文藏書量達一整面牆並持續增加,喜愛透過原文書吸收第一手文字資訊、品味該語言特有語感,並學習同為資源匱乏海島型國家的世界強國日本,以及北歐高福利小國的小至日常思維大至社會構造與國家運作,作為小我價值觀與處世的指引與借鏡。欲貢獻所學所識於社會,而開始兼職譯者,包括英日、中日互譯,領域涵蓋科技翻譯、專利翻譯及一般領域。

 
 

目錄

前言

第一章    力學的第一步
1-1    力學、力與運動的關係
1-2    力是使物體形狀及運動狀態的原因
1-3    慣性與質量:物體運動的傾向
1-4    決定物體重量的要素  重量與重力
1-5    我們生活在重力與慣性之中  重力場與慣性座標系
1-6    書桌上的書所受到的力-力的作用,作用力與反作用力
1-7    摩擦力是在物體接觸面之間產生的相對運動
1-8    描述物體的運動-質點與座標系
1-9    速率與速度  純量與向量
1-10    測量的規定  物理量與單位
1-11    跟孩子玩投球的秘訣  拋球運動
1-12    向量的表示法與運用
1-13    力與力矩平衡  施力在剛體上
1-14    作功使物體移動
1-15    能量是作功的能力  能量的形式和能量守恆
1-16    改變物體運動狀態的動量  動量守恆定律40
專欄    日常生活中,到處都是力學實驗室

第二章    物體的運動
2-1    賽跑運動  基本的平面運動
2-2    速度的國際標準SI單位  速度的單位與換算
2-3    等速度運動的範例
2-4    圖像化解題  等速度運動
2-5    另類的解題思考  如何活用作圖
2-6    汽車發動、行駛到停止  加速度運動
2-7    以等加速度行駛的車子  等加速度運動公式
2-8    等加速度運動的計算,範例(1)  公式解題
2-9    等加速度運動的計算,範例(2)  作圖解題
2-10  重力作用的垂直向下運動  自由落體
2-11  鉛直下拋‧鉛質上拋      鉛直方向的加速度運動
2-12  鉛直拋體運動的練習  練習運用公式
2-13  徒手開根號  直式開方法
2-14  向上斜拋的球如何運動?    斜向拋射運動
2-15  認識三角函數      三角函數基本介紹
2-16  仰角45度可拋球最遠    斜向拋射範例解說
2-17  雲霄飛車的速度  斜面的運動
專欄 速度與我們的感受

第三章    力與運動
3-1    自然界的四大基本作用力  抵抗力來自電磁力
3-2    力的各種作用  力的種類
3-3    力的合成與分解  向量作圖
3-4    作用於同一點之力的平衡  合力為零
3-5    重力‧重量的單位  牛頓還是公斤?
3-6    靜者恆靜,動者恆動  牛頓第一運動定律
3-7    質量與加速度  牛頓第二運動定律
3-8    作用力與反作用力,非慣性系統的運動  牛頓第三運動定律
3-9    探討電梯的運動  慣性力與運動方程式
3-10  力與運動:電梯與重物  電梯的力學問題
3-11  接觸面上阻礙運動的力  摩擦力
3-12  推車的運動  非慣性座標系的摩擦力
3-13  斜面上物體的運動  斜面與摩擦
3-14  拔河的勝負關鍵在於摩擦力  摩擦力的探討
3-15  探討圓形軌道上的運動  等速圓周運動
3-16  圓周運動的作用力  向心力
3-17  轉彎時身體感受到的力  離心力
3-18  使物體旋轉的能力  力矩
3-19  尋找我們身邊的力矩    簡單的計算範例
3-20  物體受力的力平衡  力的平衡與重心
3-21  推動箱子,但不可倒下  重點在箱子的底面積
3-22  力矩的作用    力偶與力矩
專欄    力矩與 Torque

第四章    功與能量
4-1    實際體驗功的定義  力學的功
4-2    功的廚房實驗  力與功
4-3    作功不輕鬆  動滑輪與組合滑輪
4-4    利用三角形作功的智慧  斜面的作功
4-5    功與能量的關係
4-6    古典力學的物體能量    力學能
4-7    彈簧的功與能  彈性能
4-8    重力為保存能量的力    力學守恆定律
4-9    雲霄飛車的運動    運用能量守恆定律
4-10  鞦韆的擺動    單擺的能量守恆定律
4-11  摩擦力消耗能量  非保存力
4-12  力學能與熱能  作功與熱
4-14  熱量守恆  熱力學第一定律
4-15  能量轉換與腳踏車煞車  熱與作功
4-16  能量大小與作功速率  功率
4-17  差動滑車的作功  功率的計算
專欄    地下鐵軌道的節能對策

第五章    動量與衝量
5-1    動量顯示物體運動的慣性  動量守恆定律
5-2    動量與動能  功式的變形
5-3    能量的作功與衝量  計算範例
5-4    物體的碰撞與反彈  恢復係數
5-5    自由落體的反彈高度  自由落體的恢復係數
5-6    碰撞是重心接近再遠離的運動    碰撞後的速度
5-7    求碰撞後的速度  碰撞的驗證
5-8    斜向彈性碰撞  平面的碰撞
5-9    打棒球與飛機的行進  動量的思考
5-10  水與空氣的運動  流體力學
5-11  水管的水與噴射引擎  流體的動量
5-12  水道的衝擊及衝擊式水車  流體的衝擊力
5-13  流體力學的運用  上升力與下壓力

索引189
 
 

前言

  本書以物理學的入門「牛頓力學」為主題,希望讀者能先將全文從頭到尾快速讀過一遍,為此特別繪製了容易閱讀的插圖。

  力學涵蓋各種不同的領域。在本書中,將以小學至高中的理科或物理課程中所涵蓋的「力」、「能量」、「運動」等基本觀念為主。也就是稱為牛頓力學、古典力學的範疇。

  日常生活與力學之間有著密不可分的關係。在學校裡學習力學的時間並不充足,大多都以解題結束課程。因此,想必對於一些人來說,力學就維持在似懂非懂的狀態,留下的只是艱深的印象。

  我想要計畫寫這本書的契機,是因為我認識了一個小學四年級的女孩。編輯人員向我說明此書企劃的大約兩週前,有一個曾經閱讀同一家出版社發行之「流體力學」相關書籍的學生,打電話到我家。

  女孩對我說,「由於春假的功課,我正在查詢『浮力』相關資料,有些問題想向您請教。」聽說女孩的住址,原來就在我過去生活圈附近,於是隔天我跟她約在她家附近的公立圖書館,在大廳角落的座位區,就這樣聊了約一個小時。

  女孩熱衷地查詢了許多資料,事先準備的幾個問題,都很切中核心,我也盡可能地以簡單的詞句回答。

  如果今天是在教高中生,可以列出算式,向學生說明「因為這樣,所以會浮起來」、「因為這樣,所以會沉下去」就結束了,但當時我一邊說明一邊思考,不知道是否究竟能讓小學生理解多少的情況下,對方還能完全理解我的說明,著實令我欣慰。而拿到本書的企劃案,正是我剛剛經歷過這樣的體驗沒多久的事情。

  因此在這本書中,我會盡量避開嚴格的定義及冗長的算式,希望對於力學有困難印象的人,都能夠理解的方式,去說明與呈現。抱著這樣的期待,我提筆寫下第一章。相信各位讀者經過略讀,就可以概略性地了解本書所涵蓋的內容。

  然而,從第二章開始,我不得不利用相當篇幅列出許多算式。這是因為力學的說明,最少篇幅的必要算式與例題,還是無法避免的。在這些算式中,我並未使用數學高程度的計算,而僅僅使用一般算術來解答問題。

  所以,我在說明文中特別注意避開一些數學專用術語,如「把…微分、把…積分…、把…內插」等。

  但如果實在沒有其他更好的說明方式,我還是會使用三角函數。思考三角函數讓許多人剛起步就跌倒,是令人討厭力學的元兇,因此本書於三角函數的篇幅中,特別設立了「懂了就會」的簡易部份。

  力學中重要的向量,我不會使用向量記號F箭頭標示。不嚴格要求向量符號箭頭方向,因此使用插畫代之,不致於產生太大的困擾。

  關於文中的名詞,參考編輯的建議,也使用讀者較易閱讀的標示方式。

  此外,我將搬運腳踏車、搬運行李等日常生活中常接觸的現象簡化,作為力學的模型。

  這種種的用心,都是為了能讓讀者順利從頭讀到最後,也是本書的出發期望。各位讀者讀完本書,若能感到「力學其實也不是這麼困難!」我將感到非常榮幸。

  文末,再次感謝給我此次執筆機會,並提供諸多建言及鼓勵的科學編輯部中右文德先生,還有為了支援讀者的理解而繪製示意圖,將算式細心排版的製作人員。在此表達我由衷的感謝。

 
 

詳細資料

  • ISBN:9789869283779
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 192頁 / 14.8 x 21 x 1.1 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

日常生活中,到處都是力學實驗室
 
我們即使什麼都不做,只坐在椅子上,也有地球重力造成的力的效果。騎腳踏車前進,能體驗到地表上幾乎所有的運動狀態。搭電梯,可以在短時間內體驗到重力變化形成的運動。此外,去遊樂園搭乘騎乘玩具中最具代表性的雲霄飛車,還可以體驗到日常生活中體驗不到的力學現象。
 
第一章裡簡單地書明了本書欲涵蓋的事情,以及與其關聯的我們日常生活上體驗得到的事情。所以,幾乎沒有使用最被大家所懼怕的數學公式。
 
可惜的是,第二章以後數式與計算就會跑出來。這,我建議各位實際棟棟看身體與自己的感覺做比較,或是騎會兒腳踏車確認一下運動的狀態。
 
力學是將事情單純化,假設這樣就只會變成這樣的法則,套用法則去思考現象。將視情單純化,可能會出現很多不符合現實狀態的理想假設,例如:不考慮摩擦、不考慮抵抗力。所以,若各位感到理想假設下的計算結果與現實不符,可以將該答案想成1.5倍、2倍、1/1.5倍、1/2倍試試看。這種方法稱作補正,並非隨便湊數。
 
橡皮筋,廚房的磅秤,腳踏車,使用類似這種身邊的東西來做實驗看看吧。
 
能量是作功的能力-能量的形式和能量守恆
 
在力學裡定義能量為作功的能力。這裡作功的能力是什麼呢?
 
對準已經部分釘進木板內的釘子的頭部,手握鐵球舉起至某一高度後放手讓鐵球落下與釘子碰撞,釘子則被完全釘入木板內。透過這一連串的動作思考鐵球的活動,一度舉起而作功,然後落下,作功將釘子釘入。也就是說,被舉起直到碰撞到釘子的前一刻為止,鐵球存在於「能夠作功的狀態,但實際上未作功」。能夠但是不作,這代表作功的能力,亦即能量。

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