Physical Science, Eighth Edition

Cover Page
......Page 1
Title Page
......Page 4
Copyright Page
......Page 5
BRIEF CONTENTS......Page 6
CONTENTS......Page 7
Preface......Page 13
1 What Is Science?......Page 22
Objects and Properties......Page 23
Quantifying Properties......Page 24
Measurement Systems......Page 25
Mass......Page 26
Metric Prefixes......Page 27
Ratios and Generalizations......Page 28
The Density Ratio......Page 29
Symbols and Equations......Page 31
How to Solve Problems......Page 32
The Nature of Science......Page 34
Explanations and Investigations......Page 35
Science and Society: Basic and Applied Research......Page 36
Models and Theories......Page 38
Summary......Page 40
People Behind the Science: Florence Bascom......Page 41
Applying the Concepts......Page 42
For Further Analysis......Page 44
Parallel Exercises......Page 45
2 Motion......Page 46
Describing Motion......Page 47
Speed......Page 48
Acceleration......Page 50
Science and Society: Transportation and the Environment......Page 52
Forces......Page 53
Horizontal Motion on Land......Page 55
Falling Objects......Page 56
A Closer Look: A Bicycle Racer’s Edge......Page 58
Horizontal Projectiles......Page 59
A Closer Look: Free Fall......Page 60
Three Laws of Motion......Page 61
Newton’s Second Law of Motion......Page 62
Weight and Mass......Page 64
Newton’s Third Law of Motion......Page 65
Conservation of Momentum......Page 67
Forces and Circular Motion......Page 69
Newton’s Law of Gravitation......Page 70
Earth Satellites......Page 73
Weightlessness......Page 74
People Behind the Science: Isaac Newton......Page 75
Summary......Page 76
Applying the Concepts......Page 77
Parallel Exercises......Page 80
3 Energy......Page 82
Units of Work......Page 83
Power......Page 85
Potential Energy......Page 88
Kinetic Energy......Page 89
Work and Energy......Page 90
Energy Forms......Page 91
Energy Conversion......Page 92
Energy Sources Today......Page 95
Coal......Page 96
Moving Water......Page 97
Conserving Energy......Page 98
Solar Technologies......Page 99
Geothermal Energy......Page 100
Summary......Page 101
Applying the Concepts......Page 102
Parallel Exercises......Page 104
4 Heat and Temperature......Page 106
Molecules......Page 107
Phases of Matter......Page 108
Molecules Move......Page 109
Thermometers......Page 110
Temperature Scales......Page 111
Heat......Page 113
Heat as Energy Transfer......Page 114
Specific Heat......Page 115
Heat Flow......Page 117
Science and Society: Require Insultation?......Page 118
Energy, Heat, and Molecular Theory......Page 119
Phase Change......Page 120
A Closer Look: Passive Solar Design......Page 122
Evaporation and Condensation......Page 123
The First Law of Thermodynamics......Page 125
The Second Law of Thermodynamics......Page 126
The Second Law and Natural Processes......Page 127
People Behind the Science: Count Rumford (Benjamin Thompson)......Page 128
Summary......Page 129
Applying the Concepts......Page 130
Questions for Thought......Page 132
Parallel Exercises......Page 133
5 Wave Motions and Sound......Page 136
Forces and Vibrations......Page 137
Describing Vibrations......Page 138
Waves......Page 139
Waves in Air......Page 140
Describing Waves......Page 141
Medium Required......Page 143
Velocity of Sound in Air......Page 144
Refraction and Reflection......Page 145
Interference......Page 147
How Loud Is That Sound?......Page 148
Resonance......Page 149
Vibrating Strings......Page 150
Sounds from Moving Sources......Page 152
People Behind the Science: Johann Christian Doppler......Page 153
Summary......Page 154
Applying the Concepts......Page 155
Parallel Exercises......Page 158
6 Electricity......Page 160
Electron Theory of Charge......Page 161
Measuring Electrical Charges......Page 164
Force Fields......Page 165
Electric Potential......Page 166
The Electric Circuit......Page 167
The Nature of Current......Page 169
Electrical Resistance......Page 171
Electrical Power and Electrical Work......Page 172
People Behind the Science: Benjamin Franklin......Page 174
Magnetic Fields......Page 175
The Source of Magnetic Fields......Page 177
Applications of Electromagnets......Page 179
Electromagnetic Induction 
......Page 182
Transformers......Page 183
Voltage Sources in Circuits......Page 186
Resistances in Circuits......Page 187
A Closer Look: Solar Cells......Page 188
Household Circuits......Page 189
Summary 
......Page 191
Applying the Concepts......Page 193
Parallel Exercises......Page 196
7 Light......Page 198
Sources of Light......Page 199
Light Interacts with Matter 
......Page 201
Reflection......Page 203
Refraction......Page 204
Dispersion and Color......Page 206
A Closer Look: Optics......Page 207
Interference......Page 210
Polarization......Page 211
A Closer Look: Lasers......Page 212
Evidence for Particles......Page 213
Quantization of Energy......Page 214
The Present Theory......Page 215
A Closer Look: The Compact Disc (CD)......Page 216
Special Relativity......Page 217
People Behind the Science: James Clerk Maxwell......Page 218
Summary......Page 219
Applying the Concepts 
......Page 220
For Further Analysis......Page 222
Parallel Exercises......Page 223
8 Atoms and Periodic Properties......Page 224
Discovery of the Electron......Page 225
The Nucleus......Page 227
Atomic Spectra......Page 229
Bohr’s Theory......Page 230
Matter Waves......Page 233
The Quantum Mechanics Model......Page 234
Science and Society: Atomic Research......Page 235
Electron Configuration......Page 236
The Periodic Table......Page 237
Metals, Nonmetals, and Semiconductors......Page 239
A Closer Look: The Rare Earths......Page 240
People Behind the Science: Dmitri Ivanovich Mendeleyev......Page 241
Summary 
......Page 242
Applying the Concepts......Page 243
Invitation to Inquiry......Page 246
Parallel Exercises......Page 247
9 Chemical Bonds......Page 250
Compounds and Chemical Change......Page 251
Valence Electrons and Ions......Page 253
Chemical Bonds......Page 254
Ionic Bonds......Page 255
Covalent Bonds......Page 257
Bond Polarity......Page 259
Composition of Compounds......Page 261
Ionic Compound Formulas......Page 262
Covalent Compound Names......Page 263
Science and Society: Microwave Ovens and Molecular Bonds......Page 264
Covalent Compound Formulas......Page 265
Summary......Page 266
Applying the Concepts......Page 267
Invitation to Inquiry......Page 270
Parallel Exercises......Page 271
10 Chemical Reactions......Page 272
Chemical Formulas......Page 273
Percent Composition of Compounds......Page 274
Balancing Equations......Page 276
Generalizing Equations......Page 280
Combination Reactions......Page 281
Replacement Reactions......Page 282
Ion Exchange Reactions......Page 283
Information from Chemical Equations......Page 284
Units of Measurement Used with Equations......Page 286
Quantitative Uses of Equations......Page 287
Science and Society: The Catalytic Converter......Page 288
Summary......Page 289
Applying the Concepts......Page 290
Questions for Thought......Page 292
Parallel Exercises......Page 293
11 Water and Solutions......Page 296
Properties of Water......Page 297
Structure of Water Molecules......Page 298
Science and Society: Who Has the Right?......Page 299
The Dissolving Process......Page 300
Concentration of Solutions......Page 301
Solubility......Page 304
Electrolytes 
......Page 305
Boiling Point......Page 306
Properties of Acids and Bases......Page 307
Strong and Weak Acids and Bases......Page 309
The pH Scale......Page 310
Hard and Soft Water......Page 311
A Closer Look: Acid Rain......Page 313
Summary......Page 314
Applying the Concepts......Page 315
For Further Analysis......Page 317
Parallel Exercises......Page 318
12 Organic Chemistry......Page 320
Hydrocarbons......Page 321
Alkenes and Alkynes......Page 326
Petroleum......Page 327
Alcohols......Page 330
Organic Acids and Esters......Page 332
Science and Society: Aspirin, a Common Organic Compound......Page 333
Proteins......Page 334
Carbohydrates......Page 335
Fats and Oils......Page 336
Synthetic Polymers......Page 337
A Closer Look: How to Sort Plastic Bottles for Recycling......Page 339
People Behind the Science: Alfred Bernhard Nobel......Page 340
Key Terms......Page 341
Applying the Concepts......Page 342
For Further Analysis......Page 344
Parallel Exercises......Page 345
13 Nuclear Reactions......Page 348
Natural Radioactivity......Page 349
Nuclear Equations......Page 350
The Nature of the Nucleus......Page 352
Types of Radioactive Decay......Page 353
Radioactive Decay Series......Page 354
Measurement Methods......Page 356
Radiation Units......Page 357
A Closer Look: Carbon Dating......Page 358
Nuclear Energy......Page 359
A Closer Look: Radiation and Food Preservation......Page 360
Nuclear Fission......Page 361
Nuclear Power Plants......Page 364
A Closer Look: Three Mile Island and Chernobyl......Page 367
A Closer Look: Nuclear Waste 
......Page 369
The Source of Nuclear Energy......Page 370
Summary......Page 371
Applying the Concepts......Page 372
Questions for Thought......Page 374
Parallel Exercises......Page 375
14 The Universe......Page 376
The Night Sky......Page 377
Origin of Stars......Page 379
Brightness of Stars......Page 380
Star Temperature......Page 381
Star Types......Page 382
The Life of a Star......Page 383
Science and Society: Light Pollution......Page 386
The Milky Way Galaxy......Page 387
Other Galaxies......Page 388
The Life of a Galaxy......Page 389
A Closer Look: Redshift and Hubble’s Law......Page 390
A Closer Look: Dark Energy......Page 392
A Closer Look: Dark Matter......Page 393
Summary......Page 394
Applying the Concepts......Page 395
Invitation to Inquiry......Page 398
15 The Solar System......Page 400
Planets, Moons, and Other Bodies......Page 401
Mercury......Page 402
Venus......Page 404
Mars......Page 405
Science and Society: Worth the Cost?......Page 407
Jupiter......Page 408
Saturn......Page 409
Uranus and Neptune......Page 410
Comets......Page 411
Asteroids......Page 414
Meteors and Meteorites......Page 415
Origin of the Solar System......Page 416
Stage C......Page 417
The Geocentric Model......Page 418
The Heliocentric Model......Page 419
People Behind the Science: Percival Lowell......Page 421
Summary......Page 422
Applying the Concepts......Page 423
Invitation to Inquiry......Page 425
16 Earth in Space......Page 426
Shape and Size of Earth......Page 427
Revolution......Page 429
Rotation......Page 430
Identifying Place......Page 432
Measuring Time......Page 434
Science and Society: Saving Time?......Page 437
The Moon......Page 439
Composition and Features......Page 441
Phases of the Moon......Page 442
Eclipses of the Sun and Moon......Page 444
Tides......Page 445
Summary......Page 446
Key Terms......Page 447
Applying the Concepts......Page 448
Questions for Thought......Page 450
Invitation to Inquiry......Page 451
17 Rocks and Minerals......Page 452
Solid Earth Materials......Page 453
Crystal Structures......Page 454
Silicates and Nonsilicates 
......Page 455
Physical Properties of Minerals......Page 457
Mineral-Forming Processes......Page 460
Igneous Rocks......Page 461
Science and Society: Costs of Mining Mineral Resources......Page 462
A Closer Look: Asbestos......Page 463
Sedimentary Rocks......Page 464
Metamorphic Rocks......Page 465
Science and Society: Using Mineral Resources......Page 466
The Rock Cycle......Page 467
Summary......Page 468
Applying the Concepts 
......Page 469
Invitation to Inquiry......Page 471
18 Plate Tectonics......Page 472
History of Earth’s Interior......Page 473
Earth’s Internal Structure......Page 474
The Crust 
......Page 475
A More Detailed Structure......Page 476
Evidence from Earth’s Magnetic Field......Page 478
Evidence from the Ocean......Page 479
Lithosphere Plates and Boundaries......Page 481
A Closer Look: Measuring Plate Movement......Page 483
Present-Day Understandings......Page 484
People Behind the Science: Harry Hammond Hess......Page 485
Science and Society: Geothermal Energy......Page 486
Summary......Page 487
Applying the Concepts......Page 488
Questions for Thought 
......Page 490
Invitation to Inquiry......Page 491
19 Building Earth’s Surface......Page 492
Interpreting Earth’s Surface......Page 493
Stress and Strain 
......Page 494
Folding......Page 495
Faulting......Page 497
Causes of Earthquakes......Page 498
Measuring Earthquake Strength......Page 500
Folded and Faulted Mountains......Page 503
Volcanic Mountains......Page 504
A Closer Look: Volcanoes Change the World......Page 508
Summary......Page 509
Applying the Concepts......Page 510
Questions for Thought......Page 512
Invitation to Inquiry......Page 513
20 Shaping Earth’s Surface......Page 514
Weathering......Page 515
Soils......Page 519
Running Water......Page 520
Glaciers......Page 522
Wind......Page 525
Development of Landscapes......Page 526
State of Development......Page 527
Summary......Page 528
Applying the Concepts......Page 529
Invitation to Inquiry......Page 531
21 Geologic Time......Page 532
Early Ideas About Fossils 
......Page 533
Types of Fossilization......Page 534
Arranging Events in Order......Page 537
Correlation......Page 539
Geologic Time......Page 540
Modern Techniques......Page 541
Geologic Periods and Typical Fossils......Page 542
Mass Extinctions......Page 544
People Behind the Science: Eduard Suess......Page 545
Summary 
......Page 546
Applying the Concepts......Page 547
Invitation to Inquiry......Page 549
22 The Atmosphere of Earth......Page 550
The Atmosphere......Page 551
Composition of the Atmosphere......Page 552
Atmospheric Pressure......Page 553
Warming the Atmosphere......Page 554
Structure of the Atmosphere......Page 555
Local Wind Patterns......Page 557
Global Wind Patterns......Page 558
A Closer Look: The Windchill Factor......Page 559
Science and Society: Use Wind Energy?......Page 560
Evaporation and Condensation......Page 561
Fog and Clouds......Page 565
People Behind the Science: James Ephraim Lovelock......Page 566
Applying the Concepts......Page 568
Invitation to Inquiry......Page 571
23 Weather and Climate......Page 572
Cloud-Forming Processes......Page 573
Origin of Precipitation......Page 575
Air Masses......Page 576
Weather Fronts......Page 577
Waves and Cyclones......Page 580
Major Storms......Page 582
Climate......Page 586
Major Climate Groups......Page 587
Regional Climate Influence......Page 589
Describing Climates......Page 590
A Closer Look: El Niño and La Niña......Page 593
Climate Change......Page 594
Global Warming......Page 595
Summary......Page 597
Applying the Concepts 
......Page 598
Invitation to Inquiry......Page 601
24 Earth’s Waters......Page 602
Water on Earth......Page 603
Freshwater......Page 604
Surface Water......Page 605
Groundwater......Page 606
Freshwater as a Resource......Page 608
A Closer Look: Water Quality and Wastewater Treatment......Page 609
Oceans and Seas......Page 611
The Nature of Seawater......Page 613
Movement of Seawater......Page 614
A Closer Look: Estuary Pollution......Page 615
A Closer Look: Health of the Chesapeake Bay......Page 617
A Closer Look: Rogue Waves......Page 618
The Ocean Floor......Page 620
People Behind the Science: Rachel Louise Carson......Page 621
Summary......Page 622
Applying the Concepts 
......Page 623
Invitation to Inquiry......Page 625
Appendix A......Page 626
Appendix B......Page 634
Appendix C......Page 635
Appendix D......Page 636
Appendix E......Page 641
Glossary......Page 671
Credits......Page 687
Index......Page 690