猫为什么总能四脚着地:有趣的物理学悖论和谜题

第 1 章 有趣的物理学悖论、谜题和问题 ………………………………… 1 1.1 引言/ 介绍 ………………………………………………………… 1 1.2 背景………………………………………………………………… 3 1.3 来源 ………………………………………………………………… 3 第 2 章 外太空的悖论 ……………………………………………………… 5 2.1 航天飞机里的氦气球 ……………………………………………… 5 2.2 不用喷气飞机的宇宙航行 ………………………………………… 8 2.3 彗星的悖论 ……………………………………………………… 11 2.4 加速反而导致减速 ……………………………………………… 13 第 3 章 旋转液体相关悖论 ……………………………………………… 15 3.1 浮动软木塞之谜 ………………………………………………… 15 3.2 抛物面镜和两个厨房里的谜题 ………………………………… 17 3.3 抛物面之谜 ……………………………………………………… 18 3.4 斜坡上划船 ……………………………………………………… 20 3.5 无引擎无船帆航行 ……………………………………………… 21 3.6 冰山悖论 ………………………………………………………… 22 第 4 章 沉浮悖论 ………………………………………………………… 24 4.1 轮子上的浴缸 …………………………………………………… 24 4.2 深入探讨浴缸问题 ……………………………………………… 26 4.3 怎么在一秒内减肥? …………………………………………… 27 4.4 水下的气球 ……………………………………………………… 29 4.5 水中呼吸器之谜 ………………………………………………… 31 4.6 重量之谜 ………………………………………………………… 32 第 5 章 流体与喷射 ……………………………………………………… 34 5.1 伯努利定律和水枪 ……………………………………………… 34 5.2 吮吸吸管与时间的不可逆性…………………………………… 37 5.3 伯努利定律与航天飞机上的移动 ……………………………… 38 5.4 洒水器之谜 ……………………………………………………… 39 5.5 速度为零却能快速喷水? ……………………………………… 41 5.6 流水之谜 ………………………………………………………… 42 5.7 流体悖论 ………………………………………………………… 44 5.8 喷墨打印机问题 ………………………………………………… 46 5.9 涡度悖论 ………………………………………………………… 47 第 6 章 移动体验:自行车、体操、火箭 …………………………………… 49 6.1 秋千是如何工作的? …………………………………………… 49 6.2 能量消耗不断增加 ……………………………………………… 50 6.3 做大回环的体操运动员与轮子里的仓鼠 ……………………… 52 6.4 冰面上控制汽车 ………………………………………………… 54 6.5 骑着自行车怎么转弯? ………………………………………… 55 6.6 通过倾斜来加速 ………………………………………………… 56 6.7 骑车人仅靠身体运动能加速吗? ……………………………… 57 6.8 摩托车上增重 …………………………………………………… 58 6.9 踩自行车踏板,感受公式 mv2 / 2 中的平方 ……………………… 60 6.10 火箭悖论 ………………………………………………………… 61 6.11 咖啡火箭 ………………………………………………………… 62 6.12 从行驶的汽车里扔球 …………………………………………… 64 第 7 章 科里奥利力的悖论 ……………………………………………… 67 7.1 什么是科里奥利力? …………………………………………… 67 7.2 在波音 747 飞机上感受科里奥利力 …………………………… 68 7.3 下水道里的科里奥利力 ………………………………………… 70 7.4 高气压和好天气 ………………………………………………… 70 7.5 信风的成因 ……………………………………………………… 71 第 8 章 离心悖论 ………………………………………………………… 73 8.1 哪条路线更便宜:是往东飞还是往西飞? ……………………… 73 8.2 科里奥利悖论 …………………………………………………… 74 8.3 神奇的倒立钟摆:什么在支撑它? ……………………………… 76 8.4 反重力糖蜜 ……………………………………………………… 79 8.5 “证明”吊索无法工作 …………………………………………… 80 8.6 大卫-歌利亚问题………………………………………………… 81 8.7 管道中的水 ……………………………………………………… 84 8.8 哪个张力更大? ………………………………………………… 85 8.9 失重状态下滑行绳索 …………………………………………… 87 第 9 章 涉及陀螺的悖论 ………………………………………………… 91 9.1 陀螺为什么可以无视重力? …………………………………… 91 9.2 自行车中的陀螺 ………………………………………………… 94 9.3 旋转的硬币 ……………………………………………………… 95 9.4 光滑穹顶上的圆环 ……………………………………………… 97 9.5 用陀螺找到北极 ………………………………………………… 98 第 10 章 冷与热…………………………………………………………… 101 10.1 热量能从较冷的物体传到较热的物体中吗? ……………… 101 10.2 打气筒中的分子运动 ………………………………………… 104 10.3 如何用打气筒作热泵 ………………………………………… 105 10.4 如何在冬天让房间变暖 ……………………………………… 106 10.5 如何用自行车轮胎冷冻物品 ………………………………… 107 第 11 章 两种永动机……………………………………………………… 109 11.1 毛细效应的永动现象 ………………………………………… 109 11.2 椭圆镜永动机 ………………………………………………… 111 第 12 章 航行与滑行……………………………………………………… 113 12.1 从发射樱桃核中借鉴的航行方法 …………………………… 114 12.2 逆风航行 ……………………………………………………… 116 12.3 逆风骑自行车 ………………………………………………… 116 12.4 在无上升气流时翱翔天空 …………………………………… 119 12.5 危险的水平风切变 …………………………………………… 121 第 13 章 翻转的猫和旋转的地球………………………………………… 122 13.1 猫是怎样在落地时保持四脚先触地的? …………………… 122 13.2 信风能减缓地球自转吗? …………………………………… 124 第 14 章 其他悖论与难题………………………………………………… 125 14.1 怎样用书打开红酒瓶? ……………………………………… 125 14.2 “它是活的!”…………………………………………………… 127 14.3 被地板“吸”过去的梯子下落时加速度大于 g ……………… 128 14.4 船上的人与阻力 ……………………………………………… 129 14.5 没有尾流没有阻力的幽灵船 ………………………………… 131 14.6 受恒定重力加速度的过山车 ………………………………… 133 14.7 向小车射击 …………………………………………………… 134 14.8 用鞋子计算 2的值 …………………………………………… 135 附录 ………………………………………………………………………… 137 A1 牛顿定律 ………………………………………………………… 137 A2 动能、势能、功 …………………………………………………… 139 A2.1 功 ………………………………………………………… 139 A2.2 动能 ……………………………………………………… 141 A2.3 势能 ……………………………………………………… 142 A2.4 能量守恒 ………………………………………………… 143 A3 质心 ……………………………………………………………… 144 A4 动量 ……………………………………………………………… 145 A5 力矩 ……………………………………………………………… 148 A6 角动量 …………………………………………………………… 149 A7 角速度与向心加速度 …………………………………………… 151 A8 离心力和向心力 ………………………………………………… 154 A9 科里奥利力、离心力、复指数 …………………………………… 155 A10 微积分的基本定理 …………………………………………… 157