牛頓運動定律

牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律、動量和衝量、牛頓第三運動定律、動摩擦力

從牛頓的時代背景探索第二運動定律(上)

從牛頓的時代背景探索第二運動定律(上)
行政院科技部科技顧問/瑞典林雪平大學榮譽教授 趙光安

前言

牛頓的萬有引力定律及三條運動定律,都和「力」關係密切。因此,如果我們要討論牛頓創立的古典力學,應該先釐清,在牛頓之前,「力」的觀念是什麼?到了牛頓的時代,「力」的定義又是什麼?如果不明白「力」的定義,我們還是可以機械式的把牛頓力學「應用」到各類問題上,但是很難「認識」牛頓力學的根源。

從牛頓的時代背景探索第二運動定律(下)

從牛頓的時代背景探索第二運動定律(下)
行政院科技部科技顧問/瑞典林雪平大學榮譽教授 趙光安

連結:從牛頓的時代背景探索第二運動定律(上)

牛頓給力一個定義:第二運動定律

在伽利略和牛頓的時代,數學工具只有幾何、三角、和代數,物理知識也僅限日常生活中有系統的觀察,及少數的實驗結果。用現代的標準來衡量,伽利略和牛頓頂多只有國中畢業的程度。如果我們用現代的數理常識背景來解答三、四百年前的問題,那就是「事後有先見之明」了。雖然和「力學」有關的量測,伽利略得到的數據被推崇是權威性,然而他的「力學」實驗幾乎全部是基於物體的直線運動。在這個時代背景下,牛頓建立的理論,是從「一維系統」開始,然後才推廣到「三維空間」。因此,我們也從直線運動開始,試試看能否經歷一趟牛頓的思路。

古典力學的歷史 〈History of Classical Dynamic〉

古典力學的歷史 〈History of Classical Dynamic〉
台北市立第一女子高級中學物理科于曉平老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

古典力學的歷史(一):古代

希臘哲學家,包括亞里斯多德(Aristotle)在內,可說是最早嘗試以抽象的原理解釋自然現象。在亞里斯多德「On the Heavens」的文章裡提到,每個物體都有它的「重量」,因此也會產生趨向於「自然位置」的傾向。因此他曾錯誤斷言,一個物體的重量若為另一個物體的兩倍,那前者從相同的距離落下到地面的時間則會是後者的一半。

動量概念的歷史發展 〈Momentum〉

動量概念的歷史發展 〈Momentum〉
臺北市立麗山高級中學物理科金佳龍老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

動量的英語原文 momentum 係來自拉丁文 movere,原意指由內在力量所產生的運動,或運動物體內含的力量,此一意涵精確反映在現代數學定義—質量$$\times$$速度$$=$$動量之中。然而古代羅馬人由於受到羅馬數字不利計算的限制,並未能進一步探討此一概念。

動量

動量 (Momentum)
基隆市立暖暖高級中學物理科張志康老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

動量是一個描述物體「運動狀態與慣性大小」的古典物理量,我們可以用『速度 $$(V)$$』與『質量 $$(m)$$』的乘積來表示,亦即 $$p=mv$$。

其中,物體的「運動狀態與慣性大小」,分別和「速度與質量」相呼應;當我們要完整描述物體的運動狀態與慣性大小時,就應該以「速度與質量的乘積」做表示。

牛頓第一運動定律 -2

牛頓第一運動定律 (Newton’s first laws of motion)-2
基隆市立暖暖高級中學物理科張志康老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

牛頓第一運動定律」是牛頓在「自然哲學的數學原理(牛頓,1687)」一書中所提出的一則定律。此定律奠基於伽利略及牛頓等人的實驗與理論而建立,伽利略認為:「力並不是物體『維持運動狀態』的必要條件,而是『改變物體運動狀態』的必要條件」。對此,牛頓近一步解釋:「所謂的『運動狀態』,指的是物體的動量」。

牛頓第一運動定律 -1

牛頓第一運動定律  (Newton’s First Laws of Motion)-1
臺北市立第一女子高級中學物理科張清俊老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

牛頓運動定律是古典物理的基礎,用來描述物體受力和運動間的關聯,其中第一定律又稱為慣性定律,定律內容描述當物體不受外力或外力和為零時,物體會維持原本的運動狀態,亦即靜者恆靜、動者恆做等速度運動。

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