小數蛙和狐狸貓、麥麥一起去小巨蛋溜冰

在溜冰場中

麥麥被狐狸貓

以固定大小的力量從背後持續推著前進

在狐狸貓推麥麥的過程中

小數蛙用測速槍記錄麥麥的速度

小數蛙在計時和測速度時

突然想起科學節目中

講到的牛頓第二運動定律

是否跟狐狸貓推麥麥的動作有關係呢？

好奇的小數蛙找了狐狸貓一起討論

狐狸貓推麥麥的施力是多少？

小數蛙和狐狸貓決定先不考慮冰面摩擦力

麥麥一開始速度為每秒0公尺

第5秒時的速度為每秒5公尺

根據牛頓第二運動定律

當我們對物體施力時

物體會沿著施力方向作加速度運動

我們可以用F=ma公式來計算

也就是施力

會等於物體的質量乘以產生的加速度

也就是

只要知道物體的質量和產生的加速度

就能計算出狐狸貓推麥麥的施力大小

於是小數蛙趕忙跑去問麥麥

得知麥麥加上溜冰鞋的總質量是6公斤

接下來只要再計算出加速度

就能得出答案了

那要怎麼算出加速度呢？

狐狸貓在一旁提醒小數蛙

加速度等於速度變化量除以經歷的時間

聰明的小數蛙一聽就懂

開始計算加速度

已知狐狸貓推麥麥到第5秒時才放開

代表麥麥在這5秒受到狐狸貓的施力而前進

經歷的時間為5秒

而麥麥在第0秒時速度為每秒0公尺

在第5秒時速度為每秒5公尺

所以速度變化量是每秒5公尺

套入公式後

就可以算出加速度等於每秒平方1公尺

再根據F=ma的公式

就可以算出狐狸貓推麥麥的施力大小F為6牛頓！

小數蛙進一步將剛剛的例子整理成v-t圖

縱軸為速度、橫軸為時間

可以將得知的數值繪製為圖上的斜直線

計算後發現加速度大小皆為每秒平方1公尺

表示麥麥在0至5秒間

是作等加速度運動

好學的小數蛙想要測試看看

自己是不是真的弄懂了

所以又馬上掏出手機查了一個例子

小數蛙先計算出馬車的加速度為每秒平方2公尺

接著就可以用F=ma

計算出小馬的拉力等於100牛頓

這時小數蛙突然想到：

如果狐狸貓以固定的施力

推同樣穿著溜冰鞋的自己

產生的加速度會是多少？

會跟推麥麥時產生的加速度相同嗎？

已知狐狸貓施了6牛頓的力

而小數蛙加溜冰鞋的總質量是3公斤

套入F=ma公式後

施力6牛頓等於質量3公斤乘以產生的加速度

得出加速度為每秒平方2公尺

我們快速回顧一下前面的例子

已知麥麥加上溜冰鞋的總質量

再用麥麥的速度變化量計算出加速度

就可以得出狐狸貓施多少力推麥麥

如果狐狸貓以固定的施力推小數蛙

則會因為小數蛙加上溜冰鞋的總質量比較小

而產生比較大的加速度

看到這裡

你是否也跟小數蛙一樣

已經知道要如何運用牛頓第二運動定律

F=ma公式了呢？

讓我們一起來動腦想一想！

根據F=ma

在施力相同的情況下

物體的質量越小

加速度會越大

已知兩人施力相同

在擲出保齡球瞬間

因為小數蛙的保齡球質量較小

產生的加速度會比較大

因此小數蛙的保齡球滾向球瓶的速度也會比較大

所以小數蛙擲出的球

會比狐狸貓的球先碰到最前面的球瓶

你答對了嗎？