The Basics of Physics (Basics of the Hard Sciences)

Contents......Page 6
Preface......Page 12
Acknowledgments......Page 14
Introduction: What Is Physics?......Page 16
Divisions of Physics......Page 17
The Philosophical Foundation of Physics......Page 19
Plato......Page 21
Aristotle......Page 22
Ptolemy......Page 24
Physics in the Dark and Middle Ages......Page 25
Physics in the Middle Ages......Page 27
Summary......Page 29
The Copernican System......Page 30
Brahe and Kepler......Page 32
Galileo......Page 36
Newton......Page 42
Summary......Page 44
Speed and Velocity......Page 46
Acceleration......Page 49
General Formulas for Kinematics......Page 50
Acceleration Due to Gravity......Page 51
Newton's Laws of Motion......Page 55
Gravity and Weight......Page 56
Newton's Third Law......Page 58
The Conservation of Momentum......Page 59
Friction......Page 61
Summary......Page 62
Uniform Circular Motion......Page 64
Centripetal Acceleration and Force......Page 66
Orbital Motion, Gravity, and Apparent Weight......Page 69
Artificial Gravity......Page 70
Angular Acceleration......Page 72
Rotational Dynamics......Page 73
Balancing and Center of Mass......Page 76
Angular Momentum......Page 78
Summary of Translational and Circular Motion Eq......Page 79
System and Surroundings......Page 82
Potential, Kinetic, and Internal Energy......Page 83
Work......Page 84
Heat and Temperature......Page 85
Conservation of Energy......Page 89
Machines......Page 91
Thermodynamics......Page 93
Summary......Page 97
Heat and Temperature Change......Page 100
Heat and Phase Changes......Page 103
Phase Diagrams......Page 105
Thermal Expansion of Substances......Page 106
Heat Transfer......Page 109
Applications of Heat Transfer......Page 113
Summary......Page 114
Solids......Page 116
X-ray Diffraction......Page 117
Amorphous Solids......Page 119
Elasticity of Solids......Page 120
Fluids......Page 122
Atmospheric and Hydrostatic Pressure......Page 125
The Gas Laws......Page 128
The Ideal Gas Law......Page 130
Pascal's Principle......Page 131
Buoyancy and the Archimedes Principle......Page 132
Fluid Dynamics......Page 134
Material Science......Page 137
Summary......Page 140
Simple Harmonic Motion......Page 142
Waves......Page 144
Sound......Page 149
Music......Page 152
Acoustics......Page 156
Summary......Page 160
Introduction......Page 162
A Brief History of Light......Page 163
Reflection......Page 166
Refraction......Page 171
Dispersion and Scattering......Page 176
Diffraction......Page 178
Polarization......Page 179
Summary......Page 182
Blackbody Radiation......Page 184
The Photoelectric Effect......Page 186
Wave-Particle Duality......Page 187
The Schrodinger Equation and the Heisenberg Uncertainty Principle......Page 189
A Brief History of Atomic Thought......Page 190
The Divisible Atom......Page 192
Atomic Structure......Page 195
Quantum Mechanics......Page 198
Summary......Page 202
Particle Detectors and Accelerators......Page 204
Fundamental Particles, Forces, and the Standard Model......Page 208
The Standard Cosmological Model......Page 215
Summary......Page 217
Atomic Mass, Atomic Numbers, and Isotopes......Page 220
Nuclear Stability and Radioactivity......Page 222
Radioactive Decay and Nuclear Reactions......Page 223
Half-Life and Radiometric Dating......Page 225
Nuclear Binding Energy, Fission, and Fusion......Page 228
Fusion and Stellar Evolution......Page 234
Transmutation......Page 235
Radiation Units and Detection......Page 236
Biological Effects of Radiation......Page 239
Summary......Page 242
History......Page 244
Electrostatics......Page 248
Conductors and Insulators......Page 250
Coulomb's Law and the Electric Field......Page 251
The Electric Potential......Page 252
Electric Current and Circuits......Page 254
Batteries......Page 260
Home Electricity and Electrical Safety......Page 264
Summary......Page 268
Introduction......Page 270
The Magnetic Field and Source of Magnetism......Page 271
Magnetic Force on a Moving Charge......Page 274
Electromagnetic Induction......Page 276
Mutual Inductance and Self-Inductance......Page 279
Electromagnetic Applications......Page 280
Geomagnetism......Page 283
Maxwell's Equations......Page 285
Summary......Page 286
The Speed of Light......Page 288
The Michelson-Morley Experiment......Page 292
Reference Frames......Page 295
Special Theory of Relativity......Page 297
Time......Page 298
Mass, Momentum, and Energy......Page 302
General Relativity......Page 303
Summary......Page 307
The Scientific Method......Page 310
Physics Experimentation......Page 313
Physics Activities......Page 314
Summary......Page 333
Introduction......Page 334
Physics-Related Fields......Page 335
Physics Work......Page 337
Education......Page 338
Job Outlook......Page 340
Summary......Page 341
B......Page 342
C......Page 343
E......Page 344
G......Page 345
I......Page 346
M......Page 347
O......Page 348
Q......Page 349
S......Page 350
T......Page 351
Z......Page 352
Selected Symbols, Abbreviations, and Units......Page 354
Table of Elements......Page 358
Conversion Tables......Page 360
Nobel Prize Winners in Physics......Page 366
Selected Bibliography and Internet Resources......Page 372
B......Page 376
F......Page 377
M......Page 378
S......Page 379
Z......Page 380