دانلود کتاب Conceptual physics

فهرست مطالب :

Cover......Page 1
Title......Page 8
Copyright......Page 9
Contents......Page 12
Conceptual Physics Photo Album......Page 19
To the Student......Page 21
To the Instructor......Page 22
Acknowledgments......Page 26
1 About Science......Page 29
How Eratosthenes Measured the Size of Earth......Page 30
Size of the Moon......Page 31
Distance to the Moon......Page 32
Distance to the Sun......Page 33
Size of the Sun......Page 34
The Scientific Attitude......Page 35
1.3 Science, Art, and Religion......Page 39
Pseudoscience......Page 40
Risk Assesment......Page 41
1.5 Physics—The Basic Science......Page 42
1.6 In Perspective......Page 43
Part One Mechanics......Page 46
2 Newton’s First Law of Motion–Inertia......Page 47
2.1 Aristotle on Motion......Page 48
Copernicus and the Moving Earth......Page 49
Inclined Planes......Page 50
Galileo Galilei (1564–1642)......Page 51
2.3 Newton’s First Law of Motion......Page 53
Personal Essay......Page 54
2.4 Net Force and Vectors......Page 55
Force Vectors......Page 56
2.5 The Equilibrium Rule......Page 57
Practicing Physics......Page 58
2.7 Equilibrium of Moving Things......Page 59
2.8 The Moving Earth......Page 60
3 Linear Motion......Page 66
3.1 Motion Is Relative......Page 67
Average Speed......Page 68
3.3 Velocity......Page 69
3.4 Acceleration......Page 70
Acceleration on Galileo’s Inclined Planes......Page 72
How Fast......Page 73
How Far......Page 75
How Quickly “How Fast” Changes......Page 77
3.6 Velocity Vectors......Page 78
4 Newton’s Second Law of Motion......Page 84
4.1 Force Causes Acceleration......Page 85
4.2 Friction......Page 86
4.3 Mass and Weight......Page 88
4.4 Newton’s Second Law of Motion......Page 90
4.5 When Acceleration Is g—Free Fall......Page 91
4.6 When Acceleration Is Less Than g—Nonfree Fall......Page 92
5 Newton’s Third Law of Motion......Page 101
5.1 Forces and Interactions......Page 102
5.2 Newton’s Third Law of Motion......Page 103
Defining Your System......Page 104
5.3 Action and Reaction on Different Masses......Page 106
Practicing Physics: Tug-of-War......Page 108
5.4 Vectors and the Third Law......Page 109
5.5 Summary of Newton’s Three Laws......Page 112
6 Momentum......Page 117
6.1 Momentum......Page 118
6.2 Impulse......Page 119
Case 1: Increasing Momentum......Page 120
Case 3: Decreasing Momentum Overa Short Time......Page 121
6.4 Bouncing......Page 123
6.5 Conservation of Momentum......Page 124
Conservation Laws......Page 125
6.6 Collisions......Page 126
6.7 More Complicated Collisions......Page 129
7 Energy......Page 136
7.1 Work......Page 137
Power......Page 139
7.2 Potential Energy......Page 140
7.3 Kinetic Energy......Page 141
7.4 Work–Energy Theorem......Page 142
7.5 Conservation of Energy......Page 144
Energy and Technology......Page 145
Recycled Energy......Page 146
7.6 Machines......Page 147
7.7 Efficiency......Page 148
7.8 Sources of Energy......Page 150
Junk Science......Page 152
8 Rotational Motion......Page 159
8.1 Circular Motion......Page 160
Whels on Railroad Trains......Page 162
8.2 Rotational Inertia......Page 163
8.3 Torque......Page 166
8.4 Center of Mass and Center of Gravity......Page 167
Locating the Center of Gravity......Page 169
Stability......Page 170
8.5 Centripetal Force......Page 172
Practicing Physics:Water-Bucket Swing......Page 173
Centrifugal Force in a Rotating Reference Frame......Page 174
Simulated Gravity......Page 175
8.7 Angular Momentum......Page 177
8.8 Conservation of Angular Momentum......Page 178
9 Gravity......Page 187
9.1 The Universal Law of Gravity......Page 188
9.2 The Universal Gravitational Constant, G......Page 190
9.3 Gravity and Distance: The Inverse-Square Law......Page 191
9.4 Weight and Weightlessness......Page 193
9.5 Ocean Tides......Page 194
9.6 Gravitational Fields......Page 197
Gravitational Field Inside a Planet......Page 198
Einstein’s Theory of Gravitation......Page 200
9.7 Black Holes......Page 201
9.8 Universal Gravitation......Page 202
10 Projectile and Satellite Motion......Page 209
10.1 Projectile Motion......Page 210
Projectiles Launched Horizontally......Page 211
Projectiles Launched at an Angle......Page 213
Practicing Physics: Hands-On Dangling Beads......Page 214
10.2 Fast-Moving Projectiles—Satellites......Page 217
10.3 Circular Satellite Orbits......Page 219
10.4 Elliptical Orbits......Page 221
World Monitoring by Satelite......Page 222
10.5 Kepler’s Laws of Planetary Motion......Page 223
10.6 Energy Conservation and Satellite Motion......Page 224
10.7 Escape Speed......Page 225
Part Two Properties of Matter......Page 234
11 The Atomic Nature of Matter......Page 235
11.1 The Atomic Hypothesis......Page 236
11.2 Characteristics of Atoms......Page 237
11.3 Atomic Imagery......Page 239
11.4 Atomic Structure......Page 240
The Elements......Page 241
Relative Sizes of Atoms......Page 242
11.6 Isotopes......Page 245
11.7 Compounds and Mixtures......Page 246
11.8 Molecules......Page 247
11.9 Antimatter......Page 248
Dark Matter......Page 249
12 Solids......Page 253
12.1 Crystal Structure......Page 254
12.2 Density......Page 256
12.3 Elasticity......Page 257
12.4 Tension and Compression......Page 259
Practicing Physics: stick strength......Page 260
12.5 Arches......Page 261
Additive Manufacturing or 3-D Printing......Page 262
12.6 Scaling......Page 263
13 Liquids......Page 271
13.1 Pressure......Page 272
13.2 Pressure in a Liquid......Page 273
13.3 Buoyancy......Page 276
13.4 Archimedes’ Principle......Page 277
13.5 What Makes an Object Sink or Float?......Page 278
13.6 Flotation......Page 280
Floating Mountains......Page 281
13.7 Pascal’s Principle......Page 282
13.8 Surface Tension......Page 284
13.9 Capillarity......Page 285
14 Gases......Page 291
14.1 The Atmosphere......Page 292
14.2 Atmospheric Pressure......Page 293
The Barometer......Page 295
14.3 Boyle’s Law......Page 297
14.4 Buoyancy of Air......Page 298
14.5 Bernoulli’s Principle......Page 299
Applications of Bernoulli’s Principle......Page 301
Practicing Physics......Page 302
Plasma in the Everyday World......Page 303
Plasma Power......Page 304
Part Three Heat......Page 310
15 Temperature, Heat,and Expansion......Page 311
15.1 Temperature......Page 312
15.2 Heat......Page 314
15.3 Specific Heat Capacity......Page 316
15.4 The High Specific Heat Capacity of Water......Page 317
15.5 Thermal Expansion......Page 318
Expansion of Water......Page 320
Life at the Extremes......Page 322
16 Heat Transfer......Page 329
16.1 Conduction......Page 330
16.2 Convection......Page 331
16.3 Radiation......Page 334
Emission of Radiant Energy......Page 335
Absorption of Radiant Energy......Page 336
Cooling at Night by Radiation......Page 337
16.4 Newton’s Law of Cooling......Page 338
16.5 The Greenhouse Effect......Page 339
16.6 Climate Change......Page 340
16.7 Solar Power......Page 341
16.8 Controlling Heat Transfer......Page 342
17 Change of Phase......Page 347
17.2 Evaporation......Page 348
17.3 Condensation......Page 350
Condensation in the Atmosphere......Page 351
17.4 Boiling......Page 352
Boiling Is a Cooling Process......Page 353
17.5 Melting and Freezing......Page 354
17.6 Energy and Changes of Phase......Page 355
Practicing Physics......Page 359
18 Thermodynamics......Page 363
18.2 Absolute Zero......Page 364
18.3 First Law of Thermodynamics......Page 366
18.5 Meteorology and the First Law......Page 368
Heat Engines......Page 371
Thermodynamics Dramatized!......Page 373
18.7 Energy Tends to Disperse......Page 374
18.8 Entropy......Page 376
Part Four Sound......Page 382
19 Vibrations and Waves......Page 383
19.1 Good Vibrations......Page 384
19.2 Wave Description......Page 385
19.3 Wave Motion......Page 387
Longitudinal Waves......Page 388
19.4 Wave Speed......Page 389
19.5 Wave Interference......Page 390
Standing Waves......Page 391
19.6 Doppler Effect......Page 392
19.8 Shock Waves......Page 394
20 Sound......Page 401
Origin of Sound......Page 402
20.2 Sound in Air......Page 403
Speed of Sound in Air......Page 405
20.3 Reflection of Sound......Page 406
20.4 Refraction of Sound......Page 407
20.6 Resonance......Page 409
20.7 Interference......Page 411
20.8 Beats......Page 412
Radio Broadcasts......Page 413
21 Musical Sounds......Page 418
21.1 Noise and Music......Page 419
21.2 Pitch......Page 420
21.3 Sound Intensity and Loudness......Page 421
21.4 Quality......Page 422
21.5 Musical Instruments......Page 423
21.6 Fourier Analysis......Page 424
21.7 From Analog to Digital......Page 426
Part Five Electricity and Magnetism......Page 432
22 Electrostatics......Page 433
22.1 Electricity......Page 434
22.2 Electric Charges......Page 435
22.3 Conservation of Charge......Page 436
Electronics Technology and Sparks......Page 437
22.4 Coulomb’s Law......Page 438
Semiconductors......Page 439
Charging by Friction and Contact......Page 440
Charging by Induction......Page 441
22.7 Charge Polarization......Page 443
22.8 Electric Field......Page 444
Microwave Oven......Page 445
Electric Shielding......Page 446
22.9 Electric Potential......Page 448
Electric Energy Storage......Page 450
Van de Graaff Generator......Page 451
23 Electric Current......Page 457
23.1 Flow of Charge and Electric Current......Page 458
23.2 Voltage Sources......Page 459
23.3 Electrical Resistance......Page 460
23.4 Ohm’s Law......Page 461
Ohm’s Law and Electric Shock......Page 462
Converting AC to DC......Page 464
23.6 Speed and Source of Electrons in a Circuit......Page 465
23.7 Electric Power......Page 467
23.9 Electric Circuits......Page 468
Fuel Cels......Page 469
Parallel Circuits......Page 470
Safety Fuses......Page 472
24 Magnetism......Page 479
24.1 Magnetism......Page 480
24.2 Magnetic Poles......Page 481
24.3 Magnetic Fields......Page 482
24.4 Magnetic Domains......Page 483
Practicing Physics......Page 485
Superconducting Electromagnets......Page 486
On Current-Carrying Wires......Page 487
Electric Meters......Page 488
24.8 Earth’s Magnetic Field......Page 489
Cosmic Rays......Page 491
MRI: Magnetic Resonance Imaging......Page 492
25 Electromagnetic Induction......Page 496
25.1 Electromagnetic Induction......Page 497
25.2 Faraday’s Law......Page 499
25.3 Generators and Alternating Current......Page 500
Turbogenerator Power......Page 501
25.5 Transformers......Page 502
25.6 Self-Induction......Page 505
25.8 Field Induction......Page 506
Part Six Light......Page 512
26 Properties of Light......Page 513
26.2 Electromagnetic Wave Velocity......Page 515
26.3 The Electromagnetic Spectrum......Page 516
Fractal Antenas......Page 517
26.4 Transparent Materials......Page 518
26.5 Opaque Materials......Page 520
Shadows......Page 521
26.6 Seeing Light—The Eye......Page 523
27 Color......Page 531
27.2 Selective Reflection......Page 532
27.4 Mixing Colored Lights......Page 534
Primary Colors......Page 535
27.5 Mixing Colored Pigments......Page 536
27.6 Why the Sky Is Blue......Page 538
27.7 Why Sunsets Are Red......Page 539
Practicing Physics......Page 540
27.9 Why Water Is Greenish Blue......Page 541
28 Reflection and Refraction......Page 546
Principle of Least Time......Page 547
28.2 Law of Reflection......Page 548
Plane Mirrors......Page 549
Diffuse Reflection......Page 550
28.3 Refraction......Page 551
Mirage......Page 553
28.4 Cause of Refraction......Page 554
28.5 Dispersion and Rainbows......Page 556
28.6 Total Internal Reflection......Page 558
28.7 Lenses......Page 560
Image Formation by a Lens......Page 561
Practicing Physics......Page 562
28.8 Lens Defects......Page 564
29 Light Waves......Page 571
29.1 Huygens’ Principle......Page 572
29.2 Diffraction......Page 574
29.3 Superposition and Interference......Page 576
Single-Color Thin-Film Interference......Page 579
Interference Colors......Page 580
Practicing Physics......Page 581
29.5 Polarization......Page 582
Three-Dimensional Viewing......Page 584
29.6 Holography......Page 586
30 Light Emission......Page 589
30.1 Light Emission......Page 590
30.2 Excitation......Page 591
30.3 Emission Spectra......Page 593
30.4 Incandescence......Page 594
30.5 Absorption Spectra......Page 596
30.6 Fluorescence......Page 597
30.7 Phosphorescence......Page 598
Fluorescent Lamp......Page 599
Light-Emitting Diode......Page 600
30.9 Lasers......Page 601
31 Light Quanta......Page 609
31.1 Birth of the Quantum Theory......Page 610
31.2 Quantization and Planck’s Constant......Page 611
31.3 Photoelectric Effect......Page 612
31.5 Double-Slit Experiment......Page 615
31.6 Particles as Waves: Electron Diffraction......Page 617
31.7 Uncertainty Principle......Page 619
31.8 Complementarity......Page 622
Predictability and Chaos......Page 623
Part Seven Atomic and Nuclear Physics......Page 628
32 The Atom and the Quantum......Page 629
32.1 Discovery of the Atomic Nucleus......Page 630
32.2 Discovery of the Electron......Page 631
32.3 Atomic Spectra: Clues to Atomic Structure......Page 633
32.4 Bohr Model of the Atom......Page 634
32.5 Explanation of Quantized Energy Levels: Electron Waves......Page 635
32.6 Quantum Mechanics......Page 637
32.7 Correspondence Principle......Page 638
Higs Boson......Page 639
33 The Atomic Nucleus and Radioactivity......Page 642
33.1 X -rays and Radioactivity......Page 643
33.2 Alpha, Beta, and Gamma Rays......Page 644
Units of Radiation......Page 646
Doses of Radiation......Page 647
Radioactive Tracers......Page 648
33.4 The Atomic Nucleus and the Strong Force......Page 649
33.5 Radioactive Half-Life......Page 652
33.6 Radiation Detectors......Page 653
Natural Transmutation......Page 655
33.8 Radiometric Dating......Page 657
Food Irradiation......Page 659
34 Nuclear Fission and Fusion......Page 664
34.1 Nuclear Fission......Page 666
34.2 Nuclear Fission Reactors......Page 668
Plutonium......Page 670
34.4 Fission Power......Page 671
34.5 Mass–Energy Equivalence......Page 672
34.6 Nuclear Fusion......Page 676
34.7 Controlling Fusion......Page 679
Part Eight Relativity......Page 684
35 Special Theory of Relativity......Page 685
35.1 Motion Is Relative......Page 686
Michelson–Morley Experiment......Page 687
35.2 Postulates of the Special Theory of Relativity......Page 688
35.3 Simultaneity......Page 689
35.4 Spacetime and Time Dilation......Page 690
Clockwatching on a Troley Car Ride......Page 694
The Twin Trip......Page 695
35.5 Addition of Velocities......Page 700
Space Travel......Page 701
35.6 Length Contraction......Page 702
35.7 Relativistic Momentum......Page 704
35.8 Mass, Energy, and E 5 mc 2......Page 705
35.9 The Correspondence Principle......Page 707
36 General Theory of Relativity......Page 713
36.1 Principle of Equivalence......Page 714
36.2 Bending of Light by Gravity......Page 716
36.3 Gravity and Time: Gravitational Red Shift......Page 718
36.5 Gravity, Space, anda New Geometry......Page 721
36.6 Gravitational Waves......Page 723
36.7 Newtonian and Einsteinian Gravitation......Page 724
Epilogue......Page 728
Appendix A On Measurement and Unit Conversions......Page 730
Appendix B More About Motion......Page 736
Appendix C Graphing......Page 740
Appendix D Vector Applications......Page 743
Appendix E Exponential Growth and Doubling Time......Page 746
Odd-Numbered Answers......Page 750
Glossary......Page 784
Credits......Page 802
B......Page 806
E......Page 807
F......Page 808
H......Page 809
L......Page 810
N......Page 811
P......Page 812
S......Page 813
U......Page 814
Z......Page 815