許銘宗 編著

第一章 逃不掉的星球：萬有引力和重力

是什麼讓蘋果「 親吻」牛頓

在1666年夏天的一個傍晚，在英格蘭林肯州一個叫做「烏爾斯索普」的小地方，一位年輕人走進了母親家的花園裡，他坐到了一棵蘋果樹下，開始埋頭讀書。

正當他翻動書頁的時候，頭上的樹枝開始晃動起來，終於，史上最著名的蘋果掉了下來，砸到了牛頓的頭上。牛頓心想：「這蘋果為什麼要垂直落到地上呢？為什麼不往天空中或者斜上方飛去呢？」冥思苦想之後，牛頓提出了「萬有引力定律」。

看到這裡，我們也許會認為牛頓發現「萬有引力定律」是一個偶然，覺得他真是一個幸運的傢伙。那顆蘋果如果砸到別人頭上，也許就是別人發現萬有引力了。

不過，歷史不能倒退，而且牛頓發現萬有引力也並不是偶然，而是機會找到了有準備的頭腦。在牛頓正式提出萬有引力之前，為了研究這個定律，年輕的牛頓已經花了整整7年的時間。

牛頓23歲的時候，一場可怕的瘟疫在倫敦蔓延著，為了防止學生受到傳染，劍橋大學讓學生全部回家休息。牛頓因此而回到了自己的家鄉。那時候，他最喜歡在傍晚的時候坐在家門口看孩子們做投石器的遊戲中。這些孩子把一塊小石頭放進稍大的石器中，然後用力打轉，緊接著把石頭拋得遠遠。

但是石器裡面的小石子並不會被拋出來。有時候，孩子們也會突發奇想，把牛奶放進石器中，奇怪的是牛奶也不會灑出來。

「是什麼力量讓石子和牛奶都不飛出來的？」牛頓陷入了深深的思考中，他從日落想到了月亮、地球和茫茫的宇宙。他認為一定存在一種力讓這些物體待在固定的位置。此時他的頭腦中已經有了「引力」的萌芽。

那顆蘋果落地的時候，牛頓終於明白世間萬物都存在著引力，這種引力是「萬有」的，而蘋果落地就是因為地球對蘋果的引力。

經過仔細的計算和推測，牛頓提出了舉世聞名的「萬有引力定律」，奠定了理論天文學和力學的基礎，同時這個定律也徹底毀滅了天上地下不同的宗教思想，讓人類的思想有了一次質的飛躍！

＊【物理碰碰車】蘋果真的「親吻」牛頓了嗎

講到蘋果與牛頓的故事，大家聽到最多的版本一定是蘋果砸在了牛頓的頭上。

但是學界卻對此持懷疑態度，有些人認為蘋果根本沒有砸到牛頓，甚至有人認為根本不存在蘋果落地這件事。

那麼事實的真相是什麼呢？牛頓的親朋好友所寫的傳記中都證實了蘋果落地的故事，不過這蘋果並沒有落到牛頓的頭上，而是在落地的過程中恰巧被牛頓看見了。不論事實如何，這顆蘋果都為「萬有引力定律」的提出做出了偉大的貢獻。

月亮為什麼沒掉下來

看了蘋果落地的故事，大家可能會產生這樣一個問題：「既然地球與蘋果之間存在引力，最終蘋果掉了下來。那地球和月球之間不是也有引力嗎，月亮為什麼沒有掉下來呢？」

天文小組的成員姍姍也產生了這樣的疑惑，於是她帶著這個問題找到了天文臺的劉老師。劉老師聽完她的問題笑著說：「牛頓的萬有引力定律可不是針對地球的，它是針對時間萬物的。

根據這個定律，自然界中的任何兩個物體間都是相互吸引的，吸引力的大小與這兩個物體的品質乘積成正比，與它們距離的二次方成反比。也就是說，自然界中任意兩個物體間都存在吸引，這個吸引力就是萬有引力。」

說到這裡，劉老師給姍姍拿了一根短繩，繩子一端繫了一個橡膠球，「你把它掄起來試試。」看到姍姍把橡膠球轉起來之後，劉老師說：「是不是感覺到橡膠球想要從手裡飛出去？」姍姍點了點頭。

「這個想要飛出去的力就是離心力，下面咱們去看看月亮為什麼不會掉下來。」

劉老師帶姍姍來到太陽系模型前。她指著月亮說：「你看，月亮受到地球的引力，也就是重力，它的方向是豎直向下的，就是說重力拼命想把月球拉到地面上來。

但是就像你剛才感覺到的，做圓周運動的物體也會產生離心力，離心力又想帶著月亮飛出去，這兩個力剛好抵消，所以月亮只好在軌道上乖乖繞行了。」

姍姍恍然大悟，劉老師又接著說：「19世紀時候，奧地利的天文學家奧波塞爾就根據自己掌握的月球運行規律計算出了從1208年到2163年間的8000次日食和5200次月食。迄今為止，他預測的20世紀的日食和月食都已經被準時觀察到，誤差不超過1秒。這表明月球的運行是很穩定的，我們也就不用擔心月亮會突然從天上掉下來了。」

儘管月球已經穩定運轉了上千年，但是我們還是不能斷言月亮運行的軌道永遠不會改變，因為月亮不僅受到地球引力的影響，它與其他天體之間也有引力作用。

這些引力合在一起，有可能會讓月亮越來越靠近地球，最後導致月亮落在地球上；當然，月亮也可能在其他引力的作用下脫離地球，不過這個過程也許要好幾億年。

＊【物理碰碰車】如果月亮向地球飛來

如果月亮真的向地球飛來，地球能招架得住嗎？會不會地球直接就被毀滅了呢？

其實，這取決月球的構成物質。地球的直徑是13000公里，月亮的直徑則是3500公里，月亮靠近地球時，地球將以巨大的吸引力吸引月亮靠近地球的那一部分，而背離地球的那一部分受到的引力相對要小很多。

如果構成月亮的物質不太堅固，月亮會在地球的引力中「粉身碎骨」，碎片將會變成環繞地球的光帶。如果構成月球的物質很堅固，那麼我們最好祈禱月亮永遠乖乖地繞地運行，不要向地球進攻。

第一章 逃不掉的星球：萬有引力和重力

是什麼讓蘋果「 親吻」牛頓

在1666年夏天的一個傍晚，在英格蘭林肯州一個叫做「烏爾斯索普」的小地方，一位年輕人走進了母親家的花園裡，他坐到了一棵蘋果樹下，開始埋頭讀書。

正當他翻動書頁的時候，頭上的樹枝開始晃動起來，終於，史上最著名的蘋果掉了下來，砸到了牛頓的頭上。牛頓心想：「這蘋果為什麼要垂直落到地上呢？為什麼不往天空中或者斜上方飛去呢？」冥思苦想之後，牛頓提出了「萬有引力定律」。

看到這裡，我們也許會認為牛頓發現「萬有引力定律」是一個偶然，覺得他真是一個幸運...

從你懂事的那一天起，腦子裡一定產生過許多的疑問和好奇。

比如，為什麼蘋果是往地上落，而不是向天上飛呢？

為什麼大海是藍色的，而海裡的浪花卻是白色的呢？

為什麼人進入太空後可以飄來飄去，而不會掉下來呢？

為什麼自行車在馬路上騎得很快，而在沙灘上卻騎不動了呢？

……

其實，這一切都與物理有關，在這些現象中都有故事的伴隨。雖然我們在學校裡可以學到豐富的知識，但課本上的知識還遠遠不能滿足我們對大千世界的好奇。

那麼，要到哪裡去尋找更有趣更豐富的物理知識呢？對於剛剛開始接觸物理的孩子來說，讓他們日夜研讀死板板的《物理史》、《量子力學》等專業書籍是無法引起他們的興趣的，讓他們死鑽物理課本中的各種定律、公式是殘忍的，讓他們為了考得好成績而瘋狂參加物理補習班是盲目的。即使孩子不得不服從父母的安排，那結果也難免悲劇，因為這樣得來的知識都是死的、呆板的，孩子也沒法體味到學習的樂趣和享受。

事實上，物理知識就在我們身邊，孩子們應該在認知世界的過程中，認識物理、深入物理，並慢慢地喜歡上物理。

在這本書中，物理學彷彿脫胎換骨一般，變得十分生動有趣。書中的故事其實就發生在我們每一個人的生活裡，解讀這些日常現象背後的物理祕密，即是這本書的趣味所在。全書致力發掘、表現物理學中的趣味，引導我們認真觀察周圍的世界，發現身邊的物理現象，説明我們在閱讀、思考的過程中，牢固地掌握零碎的物理知識，讓我們得以逐漸培養起探索物理奧祕的興趣和好奇心。

本書集科學性、知識性、趣味性於一體，滿足我們吸取知識、獲得資訊、增加智慧的願望和要求。例如，我們可以在書中學到：力的作用是相互的，由於地球的體積十分龐大，所以它的引力也十分強大，能將人和一切物體「吸住」，而人卻無法撼動地球；聲音無處不在，我們聽到的所有聲音，比如說話聲、口哨聲、鼓聲、和吉他聲，都是靠振動產生的；把氣球在我們的衣服上蹭一蹭，然後將它向牆上推擠，它就粘在了牆上，這就是電的魔力；磁鐵是一種很神奇的東西，地球也是帶有磁性的，因此我們可以利用較小的、能自由旋轉的磁鐵，比如指南針，來確定方向……

相信讀完這本書之後，大家還會有這樣的感受：原來大千世界中處處離不開物理.而物理也不是一門枯燥的學問。作者希望透過書中這些有趣的故事，讓大家感受到物理世界的富饒與神祕，感受物理學家的激情與沉思，感受大自然中蘊含的智慧，並啟動大家的靈感和哲思，啟動大家的美感和詩意。

從你懂事的那一天起，腦子裡一定產生過許多的疑問和好奇。

比如，為什麼蘋果是往地上落，而不是向天上飛呢？

為什麼大海是藍色的，而海裡的浪花卻是白色的呢？

為什麼人進入太空後可以飄來飄去，而不會掉下來呢？

為什麼自行車在馬路上騎得很快，而在沙灘上卻騎不動了呢？

……

其實，這一切都與物理有關，在這些現象中都有故事的伴隨。雖然我們在學校裡可以學到豐富的知識，但課本上的知識還遠遠不能滿足我們對大千世界的好奇。

那麼，要到哪裡去尋找更有趣更豐富的物理知識呢？對於剛剛開始接觸物理的孩子來說，讓他們日夜研讀死...

第一章 逃不掉的星球：萬有引力和重力

是什麼讓蘋果「 親吻」牛頓
月亮為什麼沒掉下來
讓人忽高忽低的石板
「偷」魚的重力
驚悚刺激的「自由落體」
比薩斜塔上的對決


第二章 扯後腿的傢伙們：摩擦力和阻力

搗蛋的幽靈：摩擦力
滑溜溜的世界好恐怖
驚悚的天上掉餡餅事件
高空中落下的奇蹟
怎樣游泳速度最快


第三章 泡出來的真理：有關浮力的故事

曹沖的池塘和阿基米德的浴缸
死海不死的祕密
潛艇和魚鰾的故事
鐵傢伙也想「水上漂」
尋找熱氣球中的浮力


第四章 壓力山大的水和氣：水壓和氣壓的故事

拉不開的兩個半球
起義的二氧化碳
看上去很美的潛水運動
海底一萬公尺的壓力世界
比大象還可怕的高跟鞋


第五章 撬起地球的妙計：槓桿的故事

阿基米德的狂言
四兩真能撥千斤
我們身體中的槓桿

第六章 「瘋跑」也得守規矩：牛頓三大定律

滿世界瘋跑的「力」
站在巨人肩膀上的牛頓
「墳墓怪事」中的力學祕密
你打了我還是我打了你

第七章 慣性帶你飛出地球去：物體的慣性

慣性是個什麼東西
挖出慣性的小祕密
跳車是個技術活
撞碎牆面的「大力士」
尋找火箭的最佳發射地
生熟雞蛋跳芭蕾，誰的舞姿更美
慣性偷走了神父的腳印
植物大戰僵屍中的「慣性武器」


第八章 給物體加個力：速度的相關概念

世界罕見的「超快」與「巨慢」
能追上日月的神祕物體
「眨眼之間」都能做些什麼
環球旅行不要錢
徒手抓子彈，你也能


第九章 手拉手，向前走：聲音傳播需要介質

能在宇宙中開演唱會嗎
「枕戈待旦」中的聲學原理
預報天氣的教堂鐘聲
答錄機裡是誰的聲音
遭遇海難？再扔顆炸彈

第十章 聲音，你大膽地向前衝：與聲速有關的故事

原始部落的「發報機」
漫長的對話
聲音快還是子彈快
衝破聲障的超音速飛機
聲音炸彈來襲
如果聲速下降了

第十一章 聲音可以粉碎玻璃：聲波具有能量

到底是什麼擊碎了玻璃杯
聲音變小後，聲波去哪了
廚房能開音樂會
尋找最響的聲音
被風摧毀的大橋
共振讓和尚生了病
看不見的兇手
聽到路障的「蝙蝠俠」
傳遞消息的超聲波
讓人歡喜讓人愁的雜訊


第十二章 會拐彎的聲音：聲波的反射

回音讓石像復活
收集回音的怪人
聲音做的量尺
會說話的山洞
爆炸時，這裡一片寂靜
「海豚男孩」的定位絕技


第十三章 轉了又轉，回到原點：能量守恆定律

讓世界運行的動力之源——能量
地球的能量庫裝在宇宙中
工業革命有了新動力
機器腳踏車的誕生
風能水能統統變電能
發現能量守恆的兩個「瘋子」
能量是個「變臉王」

第一章 逃不掉的星球：萬有引力和重力

是什麼讓蘋果「 親吻」牛頓
月亮為什麼沒掉下來
讓人忽高忽低的石板
「偷」魚的重力
驚悚刺激的「自由落體」
比薩斜塔上的對決


第二章 扯後腿的傢伙們：摩擦力和阻力

搗蛋的幽靈：摩擦力
滑溜溜的世界好恐怖
驚悚的天上掉餡餅事件
高空中落下的奇蹟
怎樣游泳速度最快


第三章 泡出來的真理：有關浮力的故事

曹沖的池塘和阿基米德的浴缸
死海不死的祕密
潛艇和魚鰾的故事
鐵傢伙也想「水上漂」
尋找熱氣球中的浮力


第四章 壓力山大的水和氣：水壓和氣壓的...