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蕲春县少儿图书馆推荐一网读尽主题书单:学好数理化,发现世界的理性之美

发布时间: 2020-12-17 16:41| 发布者: 蕲州在线| 查看: 40| 评论: 0

蕲春县少儿图书馆推荐一网读尽主题书单:学好数理化,发现世界的理性之美

有句话说“学好数理化,走遍天下都不怕”,略有夸张,但着实肯定了数理化等科学学科的重要性。的确,这是全世界通用的科学语言,代表了人类的最先进的文明成果。我们普通人不必去懂得这些学科最前沿的理论,但养成基础的成系统的科学思维,对日常生活大有裨益。

本书单为您带来一系列关于数理化及科学的书籍,希望我们都能成为理性且睿智的人。

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一网读尽·主题书单

01

蕲春县少儿图书馆推荐一网读尽主题书单:学好数理化,发现世界的理性之美

本书以纪录片式创作手法、图文并茂的形式、生动有趣的文字,从数学如诗、数学之趣、数学之巧、数学之美、数学之音、数学之语、数学之奇七个篇章提供了一条了解数学的小径。

传说,乾隆皇帝把全国65岁以上老人请到京城,举办了一场盛大宴会。在宴会上,乾隆看到一位老寿星,有141岁了,非常高兴,就以这位老寿星的岁数为题,说了上联,要纪晓岚对出下联。

乾隆说的上联是:花甲重开,又加三七岁月。

纪晓岚的下联是:古稀双庆,更多一度春秋。

这上联里的“花甲”是指60岁,“重开”就是两个60岁,“三七”是21岁,加起来就是141岁。下联里面的“古稀”是指70岁,“双庆”就是两个70岁,“一度春秋”就是一岁,加起来同样是141岁。

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数学的美,还体现在自然界中。

珊瑚虫在自己的身体上,一天“刻画”一条环形纹,可以用来推算珊瑚虫生存的时间;百合花、金盏草、雏菊的花瓣都与斐波拉契数列有关;向日葵、鹦鹉螺、蜘蛛网,是随处可见的等角螺线。

音乐中,也有数学之美。

希腊哲学家和数学家毕达哥拉斯说过:“音乐之所以神圣而崇高,就是因为它反映出作为宇宙本质的数的关系。”19世纪的法国数学家约瑟夫·傅里叶,证明了所有的乐声,都可以用简单的周期正弦函数的和来表达和描述。音高与曲线的频率有关,音量与音质分别与周期函数的振幅和形状有关。这在数学中被称做“傅里叶分析”。

还有人对着圆周率,就能用钢琴弹奏出优美的曲子。原来,圆周率也可以用听的。

…… 02

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沉默的大自然可以忍耐人们的一切行为吗?不!大自然只要小小地一皱眉, 就让人们狼狈不堪。所以我们要始终保持对大自然的敬畏之心,寻找大自然能接受的方式和大自然和谐相处。而和大自然通话的语言就是数学。

不知道你有没有产生过这样的困惑,为什么大自然中,许多东西都是圆的?或者更准确点儿来说,为什么球体是我们生活中最常见的几何形状?比如苹果、西瓜、橙子等水果,太阳、月球等天体,甚至连我们的头都是近似球体的形状。

难道是因为大自然喜欢球体吗?你别笑,事实还真是这样的。通过计算可以发现,在表面积相同的情况下,球体包含的体积是所有形状中最大的!大自然仿佛拥有一个非常聪明、节俭的设计者,用最少的材料包裹最丰富的内容。

除了球体,大自然里还有许许多多不同的几何形状,比如鱼的头、鸟的嘴是三角形的,有一些山顶历经风雨形成了特殊的方形,还有海边被浪花雕琢成六边形的岩石。下面就来考考你,在这么多几何形状中,一共有多少种正多面体呢?

大数学家欧拉总结出一个公式:在立体几何中,正多面体的面数加上它的顶点数,再减去他的棱边数,结果一定等于2。你可以自己找一个多面体来算算看,是不是这样。

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古希腊神话中,有位彩虹女神名叫伊里斯,她从东飞到西,替众神向生灵传递信息,每当她在空中匆匆飞过,就会留下一条彩虹。而在中国的神话中,彩虹是女娲用来补天的五色石所发出的彩光。

彩虹看上去总有一个优雅的圆弧,我们找不到它的起点和终点,但可以计算它的最高点视角。根据光的折射定律,可以求出水的折射率是三分之四,当太阳光进入水珠,有一部分会反射,这部分光的入射角等于反射角。

光在水珠中经过折射后会进入观看者的眼睛。连接光的行走路径,可以发现光线在水珠中经过三次折射后与原来会产生一个偏差,令这个偏差的最小值为零后,就可以计算彩虹的最高点了。

如果您想了解整个求解过程的话,可以亲自翻开书算算看。其实真实的计算并没有看上去的复杂,只会用到太阳光的角度和水的折射率。我们平常看到的彩虹,在平射的太阳光下,最高点的视角一定是42°,这个角度也被称之为彩虹角。

……

03

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武侠世界和物理定律并不冲突。欧阳锋跃下千丈雪山,柯镇恶听风辨位接暗器,你也可能做到。神奇的武侠世界暗藏怎样的科学玄机?用武侠演绎物理,用物理解读武侠。

《射雕英雄传》第三十七回,写欧阳锋上了黄蓉的当,黄蓉前脚把欧阳锋骗上高高的雪山,后脚就把登山的梯子撤掉了,成功把欧阳锋困在山顶。黄蓉心想:雪山这么陡这么滑,任你老毒物武功再高,也休想活着走下来,你就乖乖在山顶上待一辈子吧!

欧阳锋死在山顶了吗?没有。四天之后,下起了鹅毛大雪,黄蓉和郭靖都以为欧阳锋要在山顶上冻死饿死了呢,突然看到人家从山顶跳了下来!千丈高峰跳下来,那还不摔死了?

原文是这么说的:“只见欧阳锋并非笔直下坠,身子在空中飘飘荡荡,就似风筝一般,郭靖、黄蓉惊诧万分。片刻之间,欧阳锋又落下一程,二人这才看清,只见欧阳锋身上不见了外衣,头顶缚着两个大圆球一般之物。黄蓉连叫两声可惜。”原来欧阳锋用外衣自制了降落伞!不过帮他活命的不只是降落伞,这里面的物理定律咱得说道说道。

体验过高空跳伞的朋友都知道,从五六千米的高空刚一跳下来,下落速度越来越快,越来越快,但这时候并不需要打开降落伞。因为空气阻力在不断抵消地心引力,地心引力拽着你下降,空气阻力向上托着你,大约经过二十秒左右的时间,加速度归零,你会匀速下落。

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如果不是特别紧张,你会感觉到空气浮力自下而上托着你,有一种脚踩祥云的感觉。欧阳锋这也属于高空跳伞,根据流体力学的空气阻力计算公式,欧阳锋受到的浮力与四个物理量有关,分别是空气密度、风阻系数、迎风面积和下落速度。

估算一下,欧阳锋受到的浮力约为880牛顿,基本抵消了地球引力对他的影响,他将以每秒80米的速度匀速下落。

虽然是匀速,但每秒80米的速度那也极为恐怖啊!任你武功再高,还是会摔成肉馅儿。但欧阳锋做了一个降落伞,大大增加了风阻系数和迎风面积,浮力进一步提升。

估算一下,他将以每秒16米的速度投入大地的怀抱。16米每秒依然是要命的速度,相当于被一列高速火车迎头撞击,想不死都难。

欧阳锋为什么逃过一劫了呢?原文写的是:“只见他在半空腰间一挺,扑向城头的一面大旗。欧阳锋左手前探,已抓住了旗角,就这么稍一借力,那大旗已从中间裂开,一分为二。欧阳锋一个筋斗,双脚勾住旗杆,直滑下来,消失在城墙之后。”

原来,欧阳锋扯住一面大旗,来了一个缓冲,才没被直接摔死。你看,从千丈高峰上跳下来,貌似挺不可思议的一件事儿,也是符合基本的科学规律的。

…… 04

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浩瀚的茫茫宇宙,遵循怎样的运动规律?宇宙如何随时间演化?宇宙之未来与人类有何关系?本书之目的便是以通俗的语言,向大众介绍现代高科技探测手段背后的科学知识,为读者解读若干“宇宙之谜”。

科学家们经过研究发现,恒星能够发光,是因为它内部有热核反应。在太阳内部发生的,是与氢弹原理相同的核聚变。

太阳内部的核反应,会产生携带大量能量的伽玛射线,也叫做光子。一个光子从太阳核心到达太阳表面,要经过反反复复,曲折迂回的路线,花费上万年的时间,才能够照耀太阳系,促成地球上的“万物生长”。

当光子来到太阳表面时,已经不仅仅是伽玛射线,而是变成了很多波段的电磁波。这样,太阳表面的温度为6000℃,比核心处1500万℃可是大大地降低了。太阳核心每一秒钟的聚变反应,都会将超过400万吨的物质转化成能量。

有科学家不由得担心起来:太阳以这么快的速度“燃烧”,还能够烧多久呢?

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经过一通烧脑的计算,科学家们得出结论:如今的太阳啊,有45.7亿岁,正是中年时期。再过50亿年,太阳内部的氢被烧完了,开始烧外部的氦,能在几分钟内释放出大量能量,天文学家们把这个过程叫做“氦闪”。

说是“闪”,这一闪也是100万年!太阳会突然膨胀起来,体积增大很多倍,闪成一个红色的大胖子。这个大红胖子会把太阳系内层的几颗行星,包括地球一并吞掉。

胖子内部的氦,还在继续燃烧,核心温度有一亿摄氏度。等到很大部分的核心物质被烧完后,它内部的温度慢慢降低,体积也越来越小,最后一个白矮子从红胖子里出现,这就是太阳老了的模样——白矮星!

目前,太阳的体积有100万个地球大小,等它成为白矮星后,体积缩到跟地球差不多大。所以,白矮星的密度会很高,如果从白矮星上挖方糖那么大一块物质,质量有一吨!

原来太阳也会老去。

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05

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本书从科学史的角度,依照时间序介绍了有史以来最具突破性的重大物理学实验,这些实验为物理学各领域奠定了扎实基础,也是人类科技发展的重要基石。

不论你感兴趣的是光学、力学、电子学还是天文学,这本书都能让你找到许多有趣且深具启发性的解答。

伽利略曾对抽水的水泵很感兴趣,直到去世前,他都还在和他的学生埃万杰利斯塔·托里拆利讨论,为什么水泵制造商们,最多只能把水抽到9米的高度?

为了方便研究,托里拆利用水银做实验,水银的密度比水大了14倍。他做了一根1米长的玻璃管,封住管子的一头,在里面灌满了水银。然后用手指堵住玻璃管开口,把它放到一个同样装满了水银的碗里。

结果,玻璃管里的水银下降了大约26厘米。这时候,玻璃管里空出来的那一段空间里会是什么呢?人们展开了激烈的辩论,托里拆利认为,既然什么都没有,那就是真空。但是大部分人深受亚里士多德的影响,认为“自然界厌恶真空”,真空不可能存在。

托里拆利在实验过程里可能还发现,玻璃管里的水银高度会根据天气的变化上升或者下降。可惜他早早就去世了,没能继续研究这个问题。

一个叫布莱兹·帕斯卡的法国人,盯上了托里拆利的这个实验。他把水银又换成了其他各种各样的液体,最终得到的却都是相似的结果。他大胆地猜测,会不会是大气的重量让玻璃管里的液体始终维持在一个高度?要是把同样的设备移到空气稀薄的山上,玻璃管里的液面会不会下降?

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