Физика вокруг нас

Интернетмагазин:
www.dmkpress.com

Оптовая продажа: 
КТК «Галактика»
books@alians-kniga.ru
www.дмк.рф

NIHONBUNGEISHA

Физика вокруг нас

МИЦУХАРУ НАГАСАВА

Физика вокруг нас

С этой книжкой не уснёшь!

9 785970 608180

ISBN 978-5-97060-818-0

Практически все явления, с которыми мы сталкиваемся 
в природе и в домашнем быту, имеют физическое 
обоснование. Но не всегда мы задумываемся об этом. 
Автор книги старается максимально просто и доступно 
описать физику природных явлений, показать, как 
работает бытовая техника и что происходит, когда 
движется транспорт, осветить достижения современной 
науки – от светодиодов до GPS-спутников. Материал 
сопровождается многочисленными иллюстрациями.

• Почему холодильник охлаждает, а термос сохраняет 
тепло?
• Как работает копировальный аппарат?
• Тайны природы: двойная радуга и северное сияние
• Физика спортивных состязаний
• Что приводит в движение поезда и самолёты
• Физическая природа света и звука

И многое другое – под одной обложкой!

Мицухару Нагасава

Физика вокруг нас

Nihonbungeisha

Москва, 2020

С этой книжкой не уснешь!

профессор физики  
в токийском университете Денки, 
доктор (естественных наук)  
Мицухару Нагасава

Описание  
в картинках

Почему при беге на короткие  
и длинные дистанции позиция  
для старта отличается? 

Зачем к краю  
основного крыла  
самолёта прикреплена 
вертикальная пластина?

Почему появляется 
радуга?

Капли 
воды 

Физика 
вокруг нас

Скорость  
источника звука u

ная сила F¢ 

Скорость v

УДК 530.1
ББК 22.31
Н16

Нагасава М.
Н16 Физика вокруг нас / пер. с яп. К. В. Павловской. – М.: ДМК Пресс, 
2020. – 132 с.: ил. 

ISBN 978-5-97060-818-0

Книга раскрывает физическую природу явлений, которые мы 
наблюдаем регулярно или с которыми сталкиваемся время от 
времени. Автор максимально масштабно подходит к освещению 
физических законов, действующих в природе и мире научных достижений. Домашняя техника и предметы обихода, спорт и транспорт, свет и звук – на каждую из этих областей в книге отведен 
свой раздел. Спектр тем широк и разнообразен – начиная с того, 
почему скользит по столу тарелка супа, и заканчивая принципами 
работы GPS-спутников.
Материал излагается в доступной форме, в расчете на любозначтельных читателей, которые не являются специалистами 
в физике, но интересуются научным объяснением явлений, встречающихся в повседневной жизни. Многочисленные схемы и иллюстрации облегчают понимание.
Для широкой читательской аудитории.

УДК 530.1
ББК 22.31

Russian translation rights arranged with NIHONBUNGEISHA Co., Ltd. through 
Japan UNI Agency, Inc., Tokyo

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без 
письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 978-4-537-21391-1 (яп.) 
Copyright © NIHONBUNGEISHA, 2016
ISBN 978-5-97060-818-0 (рус.) 
©  Оформление, издание, перевод, 
ДМК Пресс, 2020

5

Земля

Земля

Искусственный 
спутник

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Притянутая 
молекула

Притянутая молекула

Скорость  
источника звука u

А
B

V
V
Частота колебаний f 
= V/λ
Длина волны λ

Камень C

Камень C

Камень А

Камень А

FB

FB

FC

FC

Камень В

ная сила F¢ 

Скорость v

Сила 
всемирного 
тяготения F

Высота h

Радиус R
Радиус 
вращения 
h + R

Масса m

Предисловие ........................................................................................................................8

Глава 1. Жизнь и физика

Почему вода в стакане поднимается по стенкам? ............................................12
Почему миска мисо-супа скользит по столу?.......................................................14
Как устроен смыв в унитазе? .....................................................................................16
Почему термос не выпускает тепло? .......................................................................20
Как устроена скороварка, в которой можно приготовить еду  
за короткое время? .........................................................................................................22
Как работает нагревание в индукционной плите? ............................................24
Почему холодильник охлаждает? ............................................................................26
Почему копировальный аппарат может делать копии? ..................................28
Как устроен аэрохоккей? .............................................................................................30
Как работают карандаш и ластик и стираемая шариковая ручка? ............32
В чём секрет каменных мостов в виде арок, которые не ломаются  
и за тысячу лет? ................................................................................................................35
Как устроен пульт удалённого управления, которым можно  
переключать каналы, а как – автоматическая дверь? ......................................38

Глава 2. Природа и физика

Почему небо бывает разных цветов? Почему днём небо голубое,  
а на рассвете и на закате кажется красным? ......................................................42
Почему происходит северное сияние? ..................................................................44
Откуда появился ветер фён? ......................................................................................46
Почему холодным утром появляются ледяные иглы? ......................................48
Почему холодным утром хорошо слышно звуки издалека? .........................50
Почему при высокой температуре мы чувствуем себя плохо? ....................52
Почему глаза кошек светятся в темноте? ..............................................................55
В чём секрет рыбьих глаз? ..........................................................................................58
Почему водомерки могут скользить по поверхности воды? .........................60
Почему стебли однолетних растений имеют форму трубок? ........................62

Содержание

Земля

Земля

Искусственный 
спутник

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Притянутая 
молекула

Притянутая молекула

Скорость  
источника звука u

Активно 
двигающаяся 
молекула

Длина волны λ

Камень C

Камень C

Камень А

Камень А

FB

FB

FC

FC

Камень В

Центробежная сила F¢ 

ная сила F¢ 

Скорость v

Скорость v

Сила 
всемирного 
тяготения F

Высота h

Радиус R
Радиус 
вращения 
h + R

Масса M

Масса m

Узнаём тайны радуги (часть 1). Почему появляется обычная радуга? .......64
Узнаём тайны радуги (часть 2). Что такое двойная радуга  
и округло-горизонтальная дуга? ...............................................................................66
Почему в середине реки такое быстрое течение? ............................................68

Глава 3. Спорт и физика

Почему лыжники, прыгая на лыжах с трамплина, не травмируются 
при приземлении? ..........................................................................................................72
Почему в фигурном катании вращение постепенно становится  
всё быстрее? ......................................................................................................................74
Почему лыжи и коньки легко скользят по снегу и льду? ................................76
Почему при беге на короткие расстояния стартуют с низкой  
позиции? .............................................................................................................................79
Как предотвратить глубинную болезнь?................................................................82
Какие приёмы можно использовать, чтобы кататься по волнам, 
занимаясь сёрфингом? ..................................................................................................84
Что будет, если бить по мячу самой серединой биты? .....................................86
Зачем на поверхности мяча для гольфа нужны вмятины? ............................88
Почему крученые мячи вращаются? .......................................................................90

Глава 4. Транспорт и физика

Каким образом скользят вагоны с линейными двигателями? ......................94
Как измеряется скорость и высота самолёта?.....................................................96
Зачем к краю основного крыла самолёта прикреплена  
вертикальная пластина? ...............................................................................................99
Как появляется подъёмная сила у самолёта? ................................................... 102
Что является «движущей силой» пропеллеров, дронов и ракет? ............ 104
Как устроены двигатели электричек и электромобилей? ........................... 106
Почему люди не падают с американских горок? ............................................ 108
Геостационарный спутник летает со скоростью 3 км/с?! ............................. 110

Глава 5. Свет, звук и физика

Почему предметы, находящиеся в воде, кажутся ближе  
к поверхности? .............................................................................................................. 114

7

Земля

Земля

Искусственный 
спутник

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Притянутая 
молекула

Притянутая молекула

Скорость  
источника звука u

А
B

V
V
Частота колебаний f 
= V/λ
Длина волны λ

Камень C

Камень C

Камень А

Камень А

FB

FB

FC

FC

Камень В

ная сила F¢ 

Скорость v

Сила 
всемирного 
тяготения F

Высота h

Радиус R
Радиус 
вращения 
h + R

Масса m

Как работает линза, увеличивающая или уменьшающая  
объект относительно его реального размера? ................................................. 116
Как устроены телескоп и микроскоп? ................................................................. 119
Почему светятся светодиоды? ................................................................................ 122
Что такое оптическое волокно, по которому можно передавать  
большие объёмы информации? ............................................................................. 124
Как передаёт информацию система GPS (система глобального 
позиционирования)?  .................................................................................................. 126
Почему различается высота приближающихся и отдаляющихся  
звуков? .............................................................................................................................. 128
Почему голос становится высоким, если вдохнуть гелия? .......................... 130

Предисловие

Эта книга продолжает рассматривать темы, поднятые в вышедшей примерно 10 лет назад в издательстве Nihonbungeisha книге «Интересная и понятная физика», добавляя к ним и новые, 
и, таким образом, является всесторонним обновлённым трудом. Изначально я планировал написать целиком новую книгу. 
Я развил темы, затронутые в «Интересной и понятной физике», 
по возможности внёс комментарии и данные исследований, 
которые получил за последние 10 лет. Однако из соображений 
объёма пришлось исключить из этой книги несколько тем, о которых говорилось в прошлой книге, о чём я очень сожалею. Что 
касается новых тем, появившихся здесь, я указывал наиболее 
актуальные данные, консультируясь предварительно с группой 
редакторов-состави телей. 
Темы, о которых говорится в этой книге, – это те объекты и явления, что происходят или не происходят в нашей повседневной 
жизни. Вполне можно прожить, ничего не зная о них, но мне кажется, жить станет куда интереснее, если вы узнаете о них. Наверняка найдутся люди, которые скажут, что это не физика. Однако для удобства я не буду перегружать текст подробностями, 
связанными с отраслями науки, к которым эти темы относятся. 
Думаю, что прелесть физики во многом заключается в том, что 
природу различных феноменов можно понять благодаря законам малых чисел, теоремам и нескольким гипотезам. Мне особенно интересно несколько отступить от того, что я уже делал до 
этого, и подойти к физическим темам максимально масштабно.
Предполагаемые читатели данной книги – люди, интересующие ся явлениями, с которыми мы сталкиваемся в повседневной 
жизни, но которые по тем или иным причинам не обращаются 
к серьёзной специализированной литературе. Для облегчения 
восприятия я минимизировал количество формул здесь и постарался объяснять всё как можно более простыми словами. 
В книге приведено также множество подробных иллюстраций. 
Если вы заинтересуетесь чем-то, описанным в этой книге, и за

хотите узнать об этом более детально, или останутся вопросы, 
советую обратиться к специализированной литературе.
Я очень благодарен господину Сака Масаси из редакторско-составительского отдела издательства Nihonbungeisha, предложившему мне написать эту книгу и оказавшему огромную помощь в работе, а также господину Йонэда Масаки из фирмы 
«Эдитэ-100», который помогал мне с редактурой и составлением прошлой книги и продолжил делать это и сейчас. Моя большая благодарность людям, создавшим иллюстрации к данной 
книге и её дизайн.
И наконец, моя жена Токико каждый раз, когда я писал очередную часть черновика этой книги, просматривала его и давала 
ценные комментарии. Я прислушивался к её комментариям 
и переписывал те моменты, на которые она указывала, поэтому 
думаю, что содержимое книги будет лёгким для чтения и восприятия. Я очень благодарен ей за то время, что она выкраивала 
между домашними делами и воспитанием детей, чтобы помочь 
мне с моей книгой. 

Мицухару Нагасава
Май 2016 года

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Камень В

Земля

Земля

Искусственный 
спутник

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Cила тяжести F,  
действующая на камень A

Притянутая молекула

Притянутая молекула

Волна с частотой 
колебаний f
Скорость  
источника звука u

А
B

V
V
Частота колебаний f 
= V/λ

Активно 
двигающаяся 
молекула

Длина волны λ

Длина волны λ

Камень C

Камень C

Камень А

Камень А

FB

FB

FC

FC

Камень В

Центробежная сила F¢ 

Скорость v

Сила 
всемирного 
тяготения F

Высота h

Радиус R
Радиус 
вращения 
h + R

Масса M

Масса m

Глава 1
Жизнь и физика

Электромагнетизм
Квантовая 
механика
Волновая физика
Гефизика
Оптика
Теплофизика

12

Гидродинамика
Механика

Почему вода в стакане 
поднимается по стенкам?

Поверхностное натяжение воды и межфазное натяжение

Если налить воды в стеклянный стакан и посмотреть на него сбоку, то 
можно увидеть, что около стенок стакана уровень воды немного поднимается. 
С этим феноменом тесно связаны такие понятия, как поверхностное 
натяжение и межфазное натяжение. 
Все вещи вокруг нас состоят из молекул. Энергия одной молекулы выше, 
чем у сцепленной с другими молекулами. 
В жидкости молекулы свободно сцепляются с окружающими их со всех 
сторон другими молекулами, поэтому их энергия понижается. Однако молекулы на поверхности, в отличие от тех, что находятся глубоко 
в жидкости, не могут сцепиться с молекулами над ними, поскольку там 
отсутствуют молекулы жидкости, и потому они обладают большей энергией. Другими словами, на поверхности жидкости (там, где меняется 
среда), образуется большое количество энергии. Для стабилизации этой 
энергии происходит поверхностное натяжение жидкости γLV, которое стремится уменьшить размер поверхности. 
Когда из водопроводного крана капает вода, капли имеют округлую 
форму, потому что вода принимает форму сферы, что при том же объёме дает наименьшую площадь поверхности. 
В твёрдых телах молекулы не могут двигаться свободно. Вместо этого они 
прикрепляются к поверхности соседних молекул, и их энергия снижается. Молекулы притягиваются, чтобы уменьшить поверхность самого тела, 
и это явление называется поверхностным натяжением твёрдых тел γSV. 
Если жидкость и твёрдое тело соприкасаются поверхностями, их молекулы притягиваются друг к другу, но поскольку они представляют различные среды, то на границе, где они не могут объединиться, энергия 
повышается, и начинает работать та сила, которая сокращает площадь 
поверхности. Это межфазное натяжение γSL, т. е. натяжение, которое 
возникает при соприкосновении двух сред. 
В случае со стаканом, который мы упоминали в самом начале, сила натяжения поверхности стекла сильнее, чем сила межфазного натяжения 
между водой и стеклом, и поэтому вода поднимается по стенкам ста кана. 
Кроме того, из-за вязкости вода притягивает те молекулы воды, которые находятся рядом, и площадь её поверхности увеличивается.