前言

請拿一顆蘋果放在你的手上。你有沒有感覺到在蘋果的重量推擠你的手的同時，你的手也在推擠著蘋果呢？我想多數人就算能感覺到蘋果推壓在手上的力量，恐怕也很難感覺到自己的手也在往上推壓著蘋果吧。

學習物理最先遇到的難關，就是力學。力學困難的最大原因，是因為「力量」是看不到的。換個說法，手和蘋果之間的力量關係，唯有用「科學之眼」，也就是「第三運動定律（作用力與反作用力定律）」來「看」，才能夠看到。

當我們推拉其他物體的時候，我們和物體之間一定是互相對彼此施力。此時的「作用力和反作用力必然大小相等、方向相反」。這就是牛頓的發現。

科學家幾經失敗後，才終於用「科學之眼」，以及觀察、實驗等洞察，發現了這些定律和原理。

本書的目的，是想藉帶著大家認識50個物理定律、原理，快樂地了解物理學的基本。

聽到物理學這三個字，不少人都因為枯燥乏味的教科書而大感棘手。

然而，歷史上眾多的科學家們，卻是像前述那樣，從對身邊現象的簡單疑問開始，一步一步發現重要的定律和原理。

本書將透過虛構的歷史科學家訪談，讓大家一邊感受這些科學家們的熱情和氣息，一邊解說他們發現的定律和原理。

另外，為了抽象性高的物理原理更好理解，書中還附上了由meppelstatt老師提供的有趣插畫和說明圖，以及許多補充註解。相信大家都能跟著發現者的科學家本人，一起快樂地讀下去。

同時，本書還會向大家介紹這些定律和原理，對現代人日常生活的哪些層面能派上哪些用場。

希望能讓大家切切實實地感覺到「這世界是由物理定律組成的」這件事。

本書的結構如下。其中除了有某些大家都耳熟能詳的定律‧原理，或許也有一些讀了本書才第一次聽說的知識。

▶力與能之章 ～物體是如何動起來的？～

萬有引力定律、第一運動定律、第三運動定律、能量守恆定律……

▶電磁之章 ～我們的身邊充滿看不見的電～

歐姆定律、交爾定律、弗萊明左手定則、電磁波…

▶波之章 ～所有事物傳遞的原理～

聲音三要素、惠更斯原理、反射‧折射的定律、都卜勒效應…

▶流體之章 ～氣體和液體是怎麼運動的？～

阿基米德原理、帕斯卡原理、庫塔-儒可夫斯基定理…

▶熱之章 ～熱是如何產生的？～

波以耳-查理定律、熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律…

▶微觀世界之章 時間和空間的誕生～

原子的結構、輻射能‧輻射線、核反應、光速不變原理和狹義相對論…

我們（執筆者）是本質上推動了物理教育易學化的高中和大學的理科教育者、物理教育者。我們的信條，是讓物理學的基本原理到最前沿的研究，在保持高水準的同時，還要盡可能深入淺出、鉅細靡遺。

我們衷心期盼對物理感到棘手的人，以及學生時代曾經學過，現在卻幾乎忘得一乾二淨的人，都能透過本書重新認識物理定律和原理，並發現物理學的樂趣。

最後，在此對本書的第一位讀者，同時也勞心勞力完成了本書編輯作業的綿ゆり小姐表達由衷的感謝。

執筆者代表（編著者）　左卷健男

前言

請拿一顆蘋果放在你的手上。你有沒有感覺到在蘋果的重量推擠你的手的同時，你的手也在推擠著蘋果呢？我想多數人就算能感覺到蘋果推壓在手上的力量，恐怕也很難感覺到自己的手也在往上推壓著蘋果吧。

學習物理最先遇到的難關，就是力學。力學困難的最大原因，是因為「力量」是看不到的。換個說法，手和蘋果之間的力量關係，唯有用「科學之眼」，也就是「第三運動定律（作用力與反作用力定律）」來「看」，才能夠看到。

當我們推拉其他物體的時候，我們和物體之間一定是互相對彼此施力。此時的「作用力和反作用力必然大小相等、方向...

前言 2

力與能之章
物體是如何動起來的？

虎克 虎克定律 16
做了彈簧、木頭、石頭、骨頭等所有物體的變形實驗
斯蒂文 力的平行四邊形法則 22
利用三角形計算合力
牛頓 萬有引力定律 28
在發現之初竟被批評是怪力亂神……
伽利略 第一運動定律（慣性定律） 34
推翻天動說，證明了地動說
牛頓 第二運動定律（運動定律） 40
力的單位N（牛頓）的由來
牛頓 第三運動定律（作用力反作用力定律） 46
用手托起蘋果，蘋果也在推動你的手
傅科 慣性力 52
用鐘擺實驗證明了地球會自轉
惠更斯 動量守恆定律 58
爭論的結果，動量被定義為質量×速度
克卜勒 角動量守恆定律 64
根據天體觀測的結果推導出天體的運行
伽利略 單擺定律 70
觀察教堂的吊燈擺動而得到靈感
阿基米德 槓桿原理（槓桿定律） 76
奉國王命令用槓桿滑輪移動了巨大軍艦
伽利略 功的原理 80
從機械工匠們的經驗性知識想出做功的效率
蘭金 力學能守恆定律 86
眾多科學家齊心協力解開了能量的性質
邁爾 能量守恆定律 92
因船醫的經歷而對能量的產生方式萌生興趣

電磁之章
我們的身邊充滿看不見的電

吉爾伯特 電和電流迴路 98
許多物質都具有摩擦後可吸附小物體的特性
吉爾伯特 磁和磁鐵 106
透過羅盤的指針活動得知地球也是一個巨大的磁鐵
歐姆 歐姆定律 112
被電流產生磁場的現象吸引，開始研究電力
克希荷夫 克希荷夫定律 118
如何測量複雜迴路的電流？
庫倫 庫倫定律 124
靜電力的大小和距離有著密切關係
焦耳 焦耳定律 130
在實驗中弄清了焦耳熱的產生量
厄斯特 右手定則 136
電力和磁力肯定存在交互關係
弗萊明 弗萊明左手定則 142
如何向學生淺顯易懂地解釋電流、磁場、作用力的關係？
法拉第 法拉第電磁感應定律 148
只要弄清電與磁的關係，理應就能用磁產生電
馬克士威 電磁波 154
電與磁的作用會以波的形式高速傳遞

波之章
所有事物傳遞的原理

赫茲 波的波長和頻率 162
成功收發了只在理論上被預言存在的電磁波
畢達哥拉斯 聲音三要素 168
音程的高低是否會因樂器的物理條件而改變呢？
傅立葉 波的疊加原理 174
波的疊加概念，最初是為了分析頻率
惠更斯 惠更斯原理 178
波會形成各種形狀，傳遞方式有一定的規律
司乃耳 反射‧折射定律 184
光的反射和折射，跟聲音和水波的性質相同
牛頓 光的波動說和微粒說 190
光的本質到底是粒子，還是波？
夫朗和斐 光的散射和頻譜 196
用高性能稜鏡觀察陽光，可以看見黑線
楊格 光的繞射和干涉 202
因身為醫師而對人類的視覺產生興趣，開始研究光學
都卜勒 都卜勒效應 208
耳朵聽到的音高改變現象也可以解釋雙星的顏色變化

流體之章
氣體和液體是怎麼運動的？

阿基米德 阿基米德原理 216
奉國王之命，檢驗王冠究竟是不是純金製造
帕斯卡 帕斯卡原理 222
思考真空，注意到大氣也存在重量
白努利 白努利定律 230
與能量守恆之主題一同探討流體的性質
儒可夫斯基 庫塔-儒可夫斯基定理 236
為什麼比空氣更重的機器能飛在空中？
雷諾 雷諾的相似原理 242
因為當造船技師學徒的經驗，開始研究船的安全性

熱之章
熱是如何產生的？

倫福德 熱與溫度 250
由大砲砲身變熱的現象，對熱質說產生懷疑
波以耳 波以耳－查理定律 256
使用真空泵，發現了氣體的各種性質
馬克士威 熱力學定零定律 262
因土星環的研究而想出分子運動論
焦耳 熱力學第一定律 268
在家族經營的釀造場角落，默默進行發熱的實驗
克勞修斯 熱力學第二定律 274
不得不承認熱只會從高溫流向低溫
能斯特 熱力學第三定律 280
溫度有下限嗎？降至低溫極限後物體會發生什麼事？

微觀世界之章
時間和空間的誕生

長岡半太郎 原子的結構 286
原子的結構是像土星環一樣，電子繞著原子核轉
德謨克利特 原子和分子 292
所有物質都是由原子組合而成的
瑪麗‧居禮 輻射能‧輻射線 298
為了找出未知的輻射能，持續從礦物中分離元素
湯川秀樹 核反應 304
原子核明明承受著巨大的作用力，為什麼還能保持穩定？
格爾曼 基本粒子和夸克 310
原子中，應該有除了質子、中子及電子之外的新粒子
愛因斯坦 光速不變原理和狹義相對論 316
必須承認光的速度無論在任何情況下都不會改變

本書登場的定律‧原理一覽 322
參考文獻 324

前言 2

力與能之章
物體是如何動起來的？

虎克 虎克定律 16
做了彈簧、木頭、石頭、骨頭等所有物體的變形實驗
斯蒂文 力的平行四邊形法則 22
利用三角形計算合力
牛頓 萬有引力定律 28
在發現之初竟被批評是怪力亂神……
伽利略 第一運動定律（慣性定律） 34
推翻天動說，證明了地動說
牛頓 第二運動定律（運動定律） 40
力的單位N（牛頓）的由來
牛頓 第三運動定律（作用力反作用力定律） 46
用手托起蘋果，蘋果也在推動你的手
傅科 慣性力 52
用鐘擺實驗證明了地球會自轉
惠更斯 動量守恆定律 58
爭論的結果，動量...