運動與力

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。

彈性位能

彈性位能 (Elastic Potential Energy)
國立臺灣大學物理學系 陳家德

彈性位能,是指施力於彈性物質使其產生型態變化時,儲存在彈性物質中的能量。

從微觀的角度來看,彈性位能與原子間距離變化導致的能量變化有關,所以彈性位能和重力位能、電位能一樣都是與位置有關的能量。

伽利略變換

伽利略變換 (Galilean transformation)
國立臺灣大學物理學系 林惟淨

在物理學發展的過程中,「相對論」(Relativity) 從很早以來就是一個重要的主題,它探討事件 (Event) 發生的時間與地點、任兩個事件在時間和空間的距離,並處理(進行相對運動的)不同座標系之間測量結果的轉換。

束縛能

束縛能 (Binding Energy)
國立臺灣大學物理學系碩士 蔡亦涵

就字面意思來說,「束縛」就是有把你綁住的感覺,這個束縛如果越強,你就越難掙脫,需要更多的「能量」才能脫離,而這個足以脫離束縛的能量,就叫做束縛能 (binding energy)。

自然情況下,所有物質都會自然趨向最低位能 (potential energy) 的狀態,像是地球上空中的物體會自然掉落、異性電荷會自然吸引等等,而這些「自然趨向」是因為有某種作用力要將他們綁在一起,束縛能代表就是要抵抗這個作用力的功,也就是說如果物體能夠逃離作用力的範圍,可以說這物體克服束縛而自由了。

3D 有趣實驗: 高速旋轉混合蛋殼中蛋白與蛋黃

3D 有趣實驗: 高速旋轉混合蛋殼中蛋白與蛋黃
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

因為蛋白和蛋黃的密度不同,當我們快速且不斷地旋轉蛋,利用旋轉產生高速的離心力,讓蛋白和蛋黃在沒打破的蛋殼裡充分混合。

實驗影片

3D有趣實驗:高速旋轉混合蛋殼中蛋白與蛋黃,開啟YouTube影片後,若設備允許,可以開啟最高解析度。右下角可以選擇2D或開啟3D。若開啟3D,選項有並排或紅藍等3D效果選項,請依您的設備選取適當格式。

衝擊擺

衝擊擺 (Ballistic Pendulum)
國立臺灣大學物理系 簡裕峰

衝擊擺是一個用以測量射體速度的裝置。它是由英國軍事科學家班傑明・羅賓斯 (Benjamin Robins) 於他有名的著作,《砲彈新原理》 (New Principles of Gunnery) 中首次提出。在這本書中,羅賓斯運用衝擊擺來測量子彈的速度,並在當時造成了不小的轟動。衝擊擺的裝置十分地簡單,卻是動量守恆原理的一個重要展現。如今衝擊擺已被其他更精確的射體速度測量裝置取代,卻依舊出現在課堂上,演示著動量的概念。

物理模擬影片九:克卜勒行星運動定律

克卜勒行星運動定律 (Kepler’s Laws of Planetary Motion)
國立臺灣大學物理學系石明豐教授

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這個程式模擬克卜勒三大定律中的第一和第三定律,一個彗星以橢圓軌道繞著恆星公轉且此恆星是此橢圓的一個心;此外,此彗星和恆星的中心的連線在固定時間裏,所掃過的面積也會相同。

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