牛頓

我猜牛頓是這樣得到第三運動定律

我猜牛頓是這樣得到第三運動定律
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

我在高雄中學高中三年級的物理課是從力學開始:牛頓萬有引力定律,牛頓的三個運動定律,虎克定律,… 等等。我曾經自創一個“表面粗糙模型”,應用牛頓第二運動定律,推導出來虎克定律,於是更想知道牛頓是如何發現這些重要定律。雖然我是茫無頭緒,我的物理老師胡宇平也不能給我答案,他卻鼓勵我不要放棄。

過去幾十年中,斷斷續續的偶爾想到這回事。來到歐洲以後,得利於天時、地利、人和,終於摸索出一些頭緒。

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。

古典物理學

古典物理學 (Classical Physics)
國立臺灣大學電機工程學系 李晏如

物理學的理論會隨著時代的演進,這一切的推手很大一部分是實驗儀器的進步,這使人們可以量測得更加精準,或者是量測到過去所無法量測的現象。在十九和二十世紀的交界,一些新出現的實驗結果使得物理學界掀起了天翻地覆的波瀾。以此為界,大致上可以將物理分為古典物理 (classical physics) 和近代物理 (modern physics)。

由問題的起源看導數的定義II

由問題的起源看導數的定義II
臺北市立西松高中 蘇惠玉教師

連結:由問題的起源看導數的定義I

在前一篇文章中,我們已經看過費馬求極值的方法了,也就是當 \(e\) 是個很微小的量時(亦即趨近於 \(0\)),讓 \(\frac{f(a+e)-f(a)}{e}\) 這個值「盡可能的逼近」\(0\)。

接下來我們來看看牛頓求切線的方法。

牛頓求切線的方法

下面的方法出現在牛頓的《曲線求積術》,撰寫於 1693 年,並於 1704 年作為《光學》一書的附錄正式發表。牛頓以求切線的策略與方法,說明他的「流數方法(即求導數的方法)」,並舉函數為 \(y=x^n\) 為例,實際演練操作他的方法。

牛頓 (Isaac Newton)

牛頓 (Isaac Newton)
國立彰化師範大學物理學系研究所楊婕妤研究生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

牛頓(1643-1727) 是人類史上最偉大的物理學家之一,他創立了微積分,發現白光被稜鏡散色的光譜,陳述著名的「力學三大運動定律」、及「萬有引力定律」。為了紀念他的偉大發現,力的單位就用「牛頓」來命名。

牛頓於1643年12月25日於英國林肯郡鄉下的一個小村落誕生,然而在他出生前父親就去世了,他是個早產兒所以身材比一般小孩嬌小虛弱,兩歲那年母親改 嫁給一位名為史密斯的牧師,母親將他託付給外祖母照顧。牛頓開始在鄉村學校學習,他只喜歡數學,所以小時候成績並不好,可是他很喜歡動手做實驗,對於自然 現象極感興趣!可是老師很瞧不起他,後來勤奮向學,終於在班上名列前矛。

15歲時繼父過世,母親要牛頓休學管理農事,牛頓卻熱衷於設計機械與研究數學,之 後在舅舅及國中校長鼓吹下,母親終於同意牛頓繼續他的學業。18歲那年他進入劍橋大學三一學院學習,在那裡他遇到了學業啟蒙導師-巴羅老師,教導地理、物 理、天文和數學等,他注意到牛頓的自然科學及數學方面的優異理解能力,1665年牛頓發現了二項試定理,那年他也得到學士學位。

微積分基本定理

在高中數學課程中,微積分內容的引進通常僅止於簡單的微分與積分之計算,相當可以呼應calculus一詞的意義。至於有關極限的概念,大概都是通過切線的直觀意義之說明。如此一來,微積分基本定理的重大意義就變得隱晦不彰,從而牛頓與萊布尼茲各自獨立地對微積分的巨大貢獻,也就難以深刻體會了。 事實上,即使在運算層次,微分與積分這兩個可逆運算的理論聯繫,也總是需要微積分基本定理才能說得明白。一般來說,這個定理有兩種形式...

牛頓擺

牛頓擺 (Newton’s Cradle)
國立臺灣師範大學物理系曾鈺潔碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

牛頓擺是一個常見的桌面演示裝置,由五個質量相同的球體由吊繩固定,彼此緊密排列。

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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