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2002 年 7 月 13 日

什麼是相對論？ (13) 牛頓第二運動定律到底在講些什麼 ?
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 牛頓力學主要的探討研究對象是什麼呢 ? 如何以數學語言表達出、演算出它們的運動變化 ? 今天我們就試著從牛頓第二運動定律來進行介紹。牛頓力學的牛頓第二運動定律 (也被稱為「加速度定律」)，簡單地常被描述成「一質點或物體受到力作用時，所產生的加速度和外力同方向，而大小和外力的大小成正比，與質點或物體的質量成反比。即 ( F = m a )」。這一條定律意涵著一切物體所具有的「質量 (Mass)」之通性，式中加速度 a = ΔV / Δt 。代表改變原有運動狀態 (速度) 的，亦即定義出外力 F 的大小。
在牛頓力學裡，出現此加速度定律，明顯地用意在於描述探究的主角是質點或物體，及描述其運動狀態的改變，仿如敘述舞臺上的主角和表演戲碼。定律中特別提及的「質量」、「外力 (Force)」、「加速度的運動 (Aceecleration motion)」等名詞均是牛頓力學中重要的量度描述。但此運動定律是要定義出質量還是外力大小？它是如何地描述運動狀態 ? 似乎有待進一步地說明，因此當代的大數學家笛卡兒 (Descarte , 1596 - 1650) 提出「動量 (Momentum)」 P = m V 才是我們要探究的「物理量」，也就是牛頓第二運動定律應該表示成 F = ΔP / Δt。而且一個「物理量」在運動變換的過程前後應該仍保有其「守恆性 (Conservation)」，在 1669 年，實驗證明動量 P 在碰撞過程的前後確實保有其守恆性，稱之為「線性動量守恆」。上圖是高速下所攝得高爾夫球竿重擊高爾夫球的瞬間造成了高爾夫球的變形及加速的情景。

明日主題 : 什麼是相對論？ 第三牛頓運動定律到底在講些什麼 ?

作者與主編 : 陳輝樺、王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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