有站在長長木板橋上的經驗嗎？

會感覺到木板有怎樣的變化？

是不是有點往下彎曲呢？

如果木板上沒有任何物體

彎曲呈度如何呢？

當外力作用在木板上造成形變

使得木板給予板上物體的支撐力

看起來很像是

我們前面所學到的彈力

或稱為恢復力

我們來複習兩個觀念

第一

在國中階段曾經學過一種作用力

稱為「支撐力」

當重物放置在桌面上靜止不動時

「重力」與「桌面給予的支撐力」

會成為一對平衡力

合力為零

這樣的支撐力是怎麼來的呢？

當重物離開桌面會有支撐力嗎？

第二

恢復力

先前介紹彈力時

曾經說過彈力又稱恢復力

是物體受到外力作用造成形變

物體想要恢復成原狀的一股力量

這跟正向力又有什麼關係呢？

我們可以思考

支撐力的反作用力是什麼？

當物體放置在木板上

木板給予物體往上的支撐力

根據牛頓第三運動定律

可以得知

反作用力

是由物體給予木板往下

但此力並非重力

因為重力是

「地球」給予木板往下的力量

並非物體給予木板的

所以用支撐力的說法

並不能完整描此作用力

於是

我們開始思考此力的方向

與產生機制

給予另一個名稱

稱作正向力

當物體放在一個平面上時

這個平面會因形變

而產生一個推向此物體的力

因為這個力垂直接觸面

稱為正向力

英文稱作Normal force

Normal 在此是指「垂直」的意思

常使用N代表正向力

當你站在一個木板上

這個木板會向下產生形變

而給予你一個向上的正向力

此力與你身體的重力抵消

使你不會掉下去

實際上

完全不會形變的「完美剛體」

並不存在

也就是說

每個物體都能夠產生形變

所以即使你是站在堅硬地板上

地板一樣會形變而提供正向力

只不過它形變量非常小而已

若以微觀的角度

正向力是怎麼產生的呢？

想像你站在地板上

若將接觸面放大到原子尺寸

就可以看到原子之間的作用力

因為鞋底表面原子

和地板原子間的外層電子

會互相排斥

上方鞋底的原子

受到下方的地板原子的

向上電磁排斥力作用

這就是正向力

也就是說

正向力是因為物體接觸時

表面原子非常靠近

而產生的電磁力

和國中的支撐力有些許不同

國中的支撐力

容易被誤會成

「因重力造成

且只有支撐才能產生」

所以不再使用支撐力的說法

此外

我們並無法直接用公式

得到正向力的大小

只能夠使用力與力的關係式

例如將書本靜置於水平桌面上

對書本而言

受到重力作用

與桌面給予的正向力

此兩力平衡

故正向力大小等於重力

若此時外加施力於書本

此時亦保持靜止不動

則對書本而言

利用作用力F等於零的關係式

可以得到正向力大小

為施力與重力之合力

若換成新的情形

將一木塊放置在牆面上

並施予一水平作用力

使木塊靜止於牆面上

對木塊而言

在水平方向上

受到水平作用力

與牆面給予的正向力

兩力平衡

所以正向力大小與作用力相同

綜合上述內容可以得知

正向力的大小

必須依靠物體的狀態

如等加速度、

等速圓周運動、

靜力平衡等等

列式計算

才能知道其正向力大小

讓我們回顧一下

今天所學到的內容：

物體在接觸時

會互相受到一個垂直接觸面的力量

稱為正向力

正向力的產生機制

可以用巨觀和微觀來看

巨觀是物體因接觸形變

而產生的恢復力

微觀是接觸面之間的原子

外層電子

互相排斥的電磁力

正向力與接觸面垂直

摩擦力方向則與接觸面平行

正向力的大小

需使用力與力的關係式求得

如合力等於零

或利用牛頓第二定律

在生活中你如何量體重呢？

最常見的是體重計

站在體重計量測到的

是真正的體重嗎？

如果我們用力往上跳

體重計上的最大讀數會變大

或者由地面跳躍到體重計上

也可以看到較大的數值

這個現象的原因

就是體重計

是測量正向力的工具

在一般的情況中

受測者站立在體重計上

呈現力平衡之狀態

所以重力等於正向力

測量正向力就等於測量體重

這樣測量出來的數據亦稱為視重

若我們所處環境

與地面或地板並無正向力

便不會感覺到重力存在

這樣情況稱為失重狀態

也就是說

失重狀態並非沒有重力

而是不需要正向力去平衡重力

無地面給予正向力的狀態

就像在地球外圍的太空站中

仍然受到重力作用

但因重力用來讓太空站

與太空進行等速率圓周運動

不需要正向力平衡重力

所以無正向力的作用

呈現失重狀態

除了今天介紹的正向力應用

還有哪些應用呢？

我們下次見

bye bye