Физика

Семь курсов: от брошенного мяча до двигателя

Здесь физика начинается с предметов, движение которых можно увидеть, и заканчивается токами и полями внутри двигателя. Примеры с решениями и большинство численных данных взяты из OpenStax College Physics 2e, константы из NIST, а некоторые сведения о космосе из NASA. В каждом курсе вычисления приведены полностью. Каждый урок заканчивается итогами и тестом с объяснениями ответов.

Сначала движение, потом силы, затем энергия

Начни с курса Движение: положение, скорость, ускорение, графики движения, свободное падение, движение брошенных тел и сопротивление воздуха в семи уроках. Курс Силы подхватывает вопросы, оставшиеся после курса «Движение», и рассматривает три закона Ньютона, трение, вес и маятник. Затем курс Энергия углубляется в работу, кинетическую и потенциальную энергию, закон сохранения и мощность.

Остальные четыре можно проходить в любом порядке. Курс Волны и звук рассматривает длину волны и частоту, звук, интерференцию, стоячие волны в струнах и трубах и электромагнитный спектр. Курс Свет охватывает тени, зеркала, преломление, линзы и глаз, цвет и долгую историю измерения скорости света. Курс Электричество ведёт от заряда и закона Ома к последовательным и параллельным цепям, счетам за электричество и безопасности, а курс Магнетизм от полюсов и силовых линий к полю Земли, электромагнитам, двигателям и генераторам.

Вычисления, которыми стоит владеть

Объясни, почему у автомобиля при 100 км/ч вчетверо больше кинетической энергии, чем при 50 км/ч. Рассчитай, что мяч, брошенный со скоростью 20 м/с под углом 45°, остаётся в воздухе 2.9 секунды и падает примерно в 41 м от места броска. Объясни, почему человек массой 70 кг весит около 687 Н на Земле и 113 Н на Луне при неизменной массе. Измерь время качания маятника длиной 99.4 см: одно полное колебание занимает 2 секунды. Переведи промежуток в 3 секунды между молнией и громом в расстояние около 1 км.

Четыре лаборатории, в которых работают формулы

В лаборатории движения мяч запускают на Земле, Луне или Марсе, а время качаний маятника измеряется, как секундомером. В лаборатории энергии едут американские горки со столбиками потенциальной и кинетической энергии и теплоты, а в курсе магнетизма в ней строятся силовые линии вокруг магнитов и катушки, число витков и ток в которой задаёшь ты. В лаборатории цепей ты замыкаешь выключатели, перетаскиваешь лампы в промежутки и наблюдаешь, как перегорает предохранитель, когда три лампы потребляют 1.5 А через предохранитель на 1 А. В лаборатории волн есть верёвки, пружины, звук в трубе и волновая ванна, а ход лучей через воду, стекло и линзы строится по закону Снеллиуса.

Когда физика опровергает интуицию

В отсутствие воздуха более тяжёлый предмет не падает быстрее: это показывают молоток и перо, сброшенные на Луне в 1971 году. Если трясти верёвку чаще, волна не побежит быстрее; скорость задаёт сама верёвка. Отрицательное ускорение не всегда означает замедление. Если просто держать сумку неподвижно, работа в физическом смысле не совершается, как бы ни устала рука. Магнитный полюс рядом с географическим Северным полюсом с точки зрения магнитов является южным. А зеркало высотой всего в половину твоего роста показывает тебя целиком, где бы ты ни стоял.