牛頓運動定律的應用

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。

阿特午機 Atwood’s machine (也常譯作阿特午德機)
國立臺灣大學物理系林司牧

阿特午（George Atwood ，1745年10月-1807年7月11日）是英格蘭數學家、西洋棋棋手。他在 1784 年發表的《關於物體的直線運動和轉動》一文中提出一種用於測量加速度及驗證運動定律的機械，後世稱之為阿特午機。一個最簡單的理想阿特午機如圖一所示，其繩子視為無重量、無彈性，理想滑輪無重量且無摩擦力。

逆風行駛帆船 (Sloop)
國立彰化高級中學物理科賴文哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

帆船是船的一種，基本上是以任何材料來操縱風力使船航行的，就叫做帆船。帆船的種類及構造有很多，風帆的作用在於承受風力，藉以使船前進。早期的帆船在順風時揚帆前進，逆風時就要收帆靠船槳划動來讓船前進，這些船隻航行於大海上，往往要靠依照季節改變方向的貿易風，才能有去有回。

變質量運動—火箭（Rocket）
國立彰化高級中學物理科賴文哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

假設火箭在不受重力及空氣阻力作用下，作一維加速度運動，令任一時間 $$t$$ 的火箭質量為 $$m$$ 速度為 $$v$$，經過時間 $$dt$$ 後，火箭質量為 $$m+dm$$ 速度為 $$v+dv$$，火箭廢氣噴出的速度相對於慣性座標觀察者的速度為 $$u$$，由噴氣前後動量守恆，（$$v_{rel}$$、$$u$$、$$v$$ 符號法則相同，$$dm$$ 為負值、$$dv$$ 為正值）