Fizyka i astronomia dla ka dego Zakres podstawowy dla szkó³ ponadgimnazjalnych Pod redakcj¹ Barbary Sagnowskiej Kraków 2007 ZamKor 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: zamkor@zamkor.pl 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?............... 9 1.2. Orientacja na niebie. Gwiazdy i galaktyki.......... 13 1.3. Czym zajmuje siê kosmologia?.............. 22 1.4. O uk³adach planetarnych wokó³ gwiazd.......... 29 1.5. Gwiazdy b³¹dz¹ce, czyli planety............. 35 1.6. Nasz najbli szy s¹siad w przestrzeni Ksiê yc....... 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 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. Dlaczego S³oñce œwieci?................ 323 9.8. O ewolucji gwiazd, czyli o tym, jak d³ugo yj¹ gwiazdy.. 326 9.9. Diagram Hertzsprunga Russella............. 333 9.10. Jednoœæ mikro- i makroœwiata.............. 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