本書是搭配「科學的足跡」所編撰的教科書,亦可單純的視為一本物理學教材,內容不僅涵蓋力學、熱力學等大學基礎物理課程,更特闢章節講解微分、積分與向量等發展理論模型所需的數學工具。「科學的足跡」是由加州理工學院製作的電視教學影集,以充滿哲理的科學逸事述說物理學的發展史乃至宇宙的運行律則,富含科學史哲意境,深受老師及學生讚賞。
書中各章引述的經典原文或資料,以及穿插於章節間的事例與提問,使讀者在學習物理概念的同時,也能了解物理學的歷史發展,和練習科學思維的方法。本書可作為大學教科書或資優高中生自學之用,一般讀者也可藉由本書之助,齊備學習物理學時所需的知識。
※延伸閱讀:「科學的足跡」影集一~五十二集。
譯者簡介:
傅昭銘
比利時魯汶大學物理學博士,現任臺灣大學物理系教授。近年來研究為奈米磁性與生醫應用、鐵電液晶物性、物理科學教育等,目前著重於大學普通物理與實驗教學改進,並參與高中物理教科書編寫。曾執行教育部跨領域人才培育計畫並獲優等獎,亦曾指導中學生獲得2011年美國英特爾國際科技展覽會物理二等獎。
陳義裕
加州理工學院物理博士,現任臺灣大學物理系終身特聘教授。專長為非線性物理,近年來主要研究包含流體穩定性之分析、網路系統的非線性現象以及聲波的共振與繞射;同時並參與國中以及高中物理教科書的編寫工作。
章節試閱
書摘1
慣性參考坐標系具有一個特性,就是觀察者在慣性參考坐標系中無法確定他本身是靜止還是運動中。不可能僅以自己所處的參考坐標系進行實驗而檢測自己是否運動。這個觀念不僅對理解力學很重要,而且還是愛因斯坦相對論的最重要核心。──〈第4章 慣 性〉p. 67
書摘2
有些時候我們想要用盡可能小的力去改變物體的動量。例如當你從桌子上往地上跳,在接觸地面的時候你會本能地彎曲你的膝蓋,這個簡單的動作延長了你與地面之間碰撞的時間,因此減小了地面作用於你的力。相同地,拳擊手學會順著打擊的方向移動頭部,來「隨重擊一起脈動」。這種運動延長了與對手手套接觸的時間,減小了化解重擊的撞擊力,有助於維持清醒。──〈第19章 動量守恆〉p. 351
書摘3
如果光本身都是走曲線,那麼我們所說的直線還有什麼意義呢?愛因斯坦認為講直線是沒有意義的──空間本身就是彎曲的。不僅空間彎曲,而且宇宙的四維結構──時空──也是彎曲的。也就是說,尺和時鐘在重力場中運動時,它們的性質都會改變。──〈第29章 結語以及黑洞〉p. 509
書摘1
慣性參考坐標系具有一個特性,就是觀察者在慣性參考坐標系中無法確定他本身是靜止還是運動中。不可能僅以自己所處的參考坐標系進行實驗而檢測自己是否運動。這個觀念不僅對理解力學很重要,而且還是愛因斯坦相對論的最重要核心。──〈第4章 慣 性〉p. 67
書摘2
有些時候我們想要用盡可能小的力去改變物體的動量。例如當你從桌子上往地上跳,在接觸地面的時候你會本能地彎曲你的膝蓋,這個簡單的動作延長了你與地面之間碰撞的時間,因此減小了地面作用於你的力。相同地,拳擊手學會順著打擊的方向移動頭部,來「隨重擊一起脈動...
作者序
譯序/譯者 傅昭銘、陳義裕
「科學的足跡」是部具富含科學史哲意境的物理課程影集系列,本書原著英文名稱為The Mechanical Universe,若直譯其名則為「力學世界」,是搭配「科學的足跡」影集而編撰的物理教科書,教材內容貫穿整個物理學的始終乃至力學世界。編寫特色是在每個章節的開始段落,簡介並回顧該章所涉及內容的物理歷史背景與發展軌跡,並於教材中穿插敘述著名物理學家生平事蹟及其卓越貢獻,以充滿哲理的生動科學逸事啟迪思維,對物理概念的發展歷史作出精闢的引導說明,循全書脈絡乃實至名歸為「從力學看天下」。
本書原著作者古德斯坦(David Goodstein),是加州理工學院(California Institute of Technology)的教授,在他的倡議及阿嫩伯格/公眾廣播公司(Annenberg/CPB Project)計畫基金的資助下,編製了「科學的足跡」影集及撰寫教科書,也記錄了大學的物理教學改革理念。本教科書涵蓋了一般大學的普通物理課程,包含力學、熱力學、電磁學、光學與近代物理等,作者以人性化啟引物理思維的風格,以相關歷史背景開展、導引、發展各單元的主題,用系統化的精闢論述啟迪思維及建構概念。不僅特闢獨立章節介紹,並且在內文中循序鋪述提供發展理論模型所需的微分、積分與向量等數學工具。穿插在章節裡的例題或問題則有助於提升物理概念的理解程度。
本書可以當作大學物理課程教科書使用,亦可作為大學或資優高中學生自修之用,或可搭配「科學的足跡」影集系列,提升教學或自習效益。「科學的足跡」影集共52 集,每集三十分鐘,內容涵蓋一般大學普通物理學的課程。每集影集的開頭與結尾,通常以古德斯坦教授在課堂中,以幽默口吻陳述具啟發性的科學史哲事蹟,引領學習者進入物理世界。影集中穿插有歷史情景鏡頭,係考證了歷史文獻,模擬中古歐洲時代背景,將科學家在學院中從事研究的場景重現,以戲劇方式呈現物理理論發現的歷史,引人油然而生思古效法前賢之意。影集中配合模擬動畫及實驗,深入淺出剖析物理概念或公式。
綜觀物理教材發展,早期的內容偏重在科學知識本身,之後發展成將教材融入科學情意與技能,或與科學史哲融合。據此理念背景的教學或學習模式,並不是以科學知識當作為教學或學習目的,而是要掌握科學方法與科學精神,使學習者藉由探索思維過程來學習科學知識、情意、技能。在本書及影集中,引述許多物理重要概念發展的原文或原稿資料,不僅可掌握事件發展的準確描述,亦有助於體會科學發展的探索、科學發現的思想形成或演變的過程、及了解物理模型建構歷程與思維方法。
在國內已有許多大專校院及中學使用《科學的足跡》影集作為教學應用或提供學習參考。原文書籍在國外廣為教學使用,本書乃提供中文使用者作為教學應用或自學參考。此書編譯過程中承蒙林自奮、許華書、趙宇強等教師協助校閱部分內容及提供建議,在此謹致感謝。譯者於教學和研究之餘完成中文譯本,雖力求完整,但疏漏難免,敬請各界先進、教師和讀者,不吝指正並惠賜意見,至為感激。
譯序/譯者 傅昭銘、陳義裕
「科學的足跡」是部具富含科學史哲意境的物理課程影集系列,本書原著英文名稱為The Mechanical Universe,若直譯其名則為「力學世界」,是搭配「科學的足跡」影集而編撰的物理教科書,教材內容貫穿整個物理學的始終乃至力學世界。編寫特色是在每個章節的開始段落,簡介並回顧該章所涉及內容的物理歷史背景與發展軌跡,並於教材中穿插敘述著名物理學家生平事蹟及其卓越貢獻,以充滿哲理的生動科學逸事啟迪思維,對物理概念的發展歷史作出精闢的引導說明,循全書脈絡乃實至名歸為「從力學看天下」。
本書原著作...
目錄
譯 序
序
第 1 章 《從力學看天下》引言
第 2 章 落體定律
第 3 章 微 分
第 4 章 慣 性
第 5 章 向 量
第 6 章 牛頓定律
第 7 章 積 分
第 8 章 蘋果和月球
第 9 章 圓周運動
第 10 章 力
第 11 章 引力、電與磁
第 12 章 密立坎油滴實驗
第 13 章 能量守恆定律
第 14 章 能量與穩定性
第 15 章 溫度和氣體定律
第 16 章 自然熱機
第 17 章 熵
第 18 章 探索低溫
第 19 章 動量守恆
第 20 章 簡諧運動
第 21 章 共 振
第 22 章 耦合振子與波
第 23 章 角動量
第 24 章 陀螺儀
第 25 章 克卜勒定律和圓錐曲線
第 26 章 解決克卜勒問題
第 27 章 能量和偏心率
第 28 章 太空航行
第 29 章 結語以及黑洞
第 30 章 天體的和諧:《從力學看天下》綜述
附錄 A 國際單位制
附錄 B 換算因數
附錄 C 代數、幾何與三角公式
附錄 D 天文數據
附錄 E 物理常數
索 引
譯 序
序
第 1 章 《從力學看天下》引言
第 2 章 落體定律
第 3 章 微 分
第 4 章 慣 性
第 5 章 向 量
第 6 章 牛頓定律
第 7 章 積 分
第 8 章 蘋果和月球
第 9 章 圓周運動
第 10 章 力
第 11 章 引力、電與磁
第 12 章 密立坎油滴實驗
第 13 章 能量守恆定律
第 14 章 能量與穩定性
第 15 章 溫度和氣體定律
第 16 章 自然熱機
第 17 章 熵
第 18 章 探索低溫
第 19 章 動量守恆
第 20 章 簡諧運動
第 21 章 共 振
第 22 章 耦合振子與波
第 23 章 角動量
第 24 章 陀螺儀
第...