哈囉 你應該也有搭乘公車或火車等大眾運輸的經驗吧？ 本來平穩向前的公車 可能因為突發狀況而緊急剎車 這時候身體會有什麼反應呢？ 身體會突然往前傾倒對吧？ 這個現象發生的原因是什麼？ 我們在車子剎車瞬間 會受到向前的力嗎？ 「剎車」代表公車應該受到向後的作用力 而站在公車上的人 此時也會與公車相同受到向後的力 才能跟車子一樣停下來 那為什麼身體卻是向前傾倒呢？ 你可能會想起在國中與高一時 我們有學過「慣性」這個概念 沒錯 人之所以會往前傾倒 實際上正是因為有質量的物體 都會具有「慣性」所導致的 在我們今天的這部影片中 再繼續介紹「慣性」的意義 以及牛頓第一運動定律的內容 「慣性」這個概念是由科學家伽利略所提出的 在他之前 主流想法都認為 物體要受力才會持續運動 外力一旦消失 物體就不會持續運動下去 這個想法與生活中的經驗是吻合的 畢竟我們踢球時就會看到球在與腳分開後 球的速度逐漸慢下來 伽利略由不同的角度來思考物體運動的問題 他先用身邊可得的道具做了一些實驗 並在腦中將結果繼續延伸 而有了以下兩個有趣的想像實驗 伽利略的第一個想像實驗 是由觀察小球在斜坡上的運動情形而得 他看到由斜坡往下滾的球 速度會逐漸增加 由斜坡往上滾的球 速度會逐漸減慢 伽利略設想如果把斜坡逐漸放平 讓球改成在水平面上滾動 這顆球做的又應是何種運動呢？ 伽利略分析在平面上滾動的小球 此時既不是在下坡滾動不是速度漸增 也不是在向上坡滾動不是速度漸減 那唯一的可能性就是等速運動了 伽利略的第二個想像實驗 是先讓小球在類似碗公型的軌道上滾動 觀察結果再往後延伸出來的 伽利略實驗發現若讓小球由一端滾下光滑斜面 再繼續向前滾上光滑斜面 小球會回到與原來幾乎等高的位置 即使逐漸調低、延伸其中一邊的軌道 這個結果還是成立的 伽利略因而又在腦海中想像 如果把斜面降到水平 小球應該就會無止盡的往前運動下去了吧 伽利略經過這兩個實驗分析之後 他提出了一反日常經驗的想法 認為若是在水平面上運動的物體不需要對物體施力 物體就會永遠維持等速運動了 這種物體維持原有運動狀態的傾向 就稱為物體的「慣性」 伽利略的思想實驗 或許你以前就有聽過對其並不陌生 但在此重述一遍的目的 是希望同學們也可以瞭解並學習伽利略的精神 由事實出發但別讓自己的思想受限於現實所見 大膽猜想跳脫框架思考 或許你們也能突破目前人類技術的限制 將科學往前推進一步喔 在伽利略之後 牛頓想要研究物體的受力和運動之間的關係 究竟什麼是力？ 因此他想找到「沒有受力」和「有受力」的時候 物體分別呈現的運動狀態 此時前輩伽利略的思想實驗給了牛頓很棒的啟發 站在伽利略的肩膀上 牛頓提出了牛頓第一運動定律 又稱為慣性定律 若以現代的語言來說第一定律的內容 物體在沒有受到外力或外力合為零的情形下 會保持原來的運動狀態 也就是靜者恆靜 動者作等速直線運動 第一定律是牛頓三大運動定律中最違反直覺的 若是摩擦力可忽略 「靜者恆靜 動者作等速直線運動」的特性 才會彰顯出來 例如在比較寒冷的國家較流行的運動項目 冰上曲棍球或冰壺比賽 因為冰表面的摩擦力小很多 就比較容易看到物體的慣性現象 除了上述在沒有摩擦力的情況下 可以較明顯觀察到「慣性」現象 其實若是考慮質量比較大的物體 其慣性也會比較大 這裡舉一個生活中的例子 同學應該就能意會 在超市中一台裝滿雜貨的手推車向你衝來 一定比一台空蕩蕩的手推車 更不容易使其停下來 若不小心被它撞擊到鐵定是很痛的 這就是因為質量越大 物體的慣性也越大 若要改變其運動狀態就更為困難 因此實際上我們也可以用物體的質量 來代表其慣性的大小 今天就介紹到這邊 邀請你嘗試思考這個問題 在題目的五個選項中 A、B、C選項是討論物體的運動狀態 D、E選項是討論物體的軌跡 我們依序來討論 由牛頓第一運動定律的內容 物體在外力合為零的情形下 靜者恆靜 動者作等速直線運動 所以AB選項是正確的 C選項是錯誤的 需在有外力作用的情況下 才會看到物體呈等加速運動 再由兩種可能的運動狀態來延伸討論其軌跡 若物體是靜止的 其軌跡必然只是一個點 而若物體在作等速度直線運動 代表其不僅速度大小不變 運動的方向也不變 因此應該會是在一個直線上等速往前衝 所以軌跡會是一條直線 D是正確的 若軌跡是拋物線的物體 由前面章節的討論可知 其一定還有受到外力作用而作加速度運動 E是錯誤的 總結來說今天介紹了 伽利略的兩個思想實驗 以及牛頓站在伽利略的肩膀上 而得以提出的牛頓第一運動定律 這項定律又稱為慣性定律 其內容是物體在沒有受到外力的情形下 會保持原來的運動狀態 也就是靜者恆靜 動者作等速直線運動 最後請思考看看或者用這週的時間 觀察自己的生活習慣與周遭的人事物 請問有哪些行為是慣性現象的展現 或者應用了慣性定律來解決問題呢？ 這邊先拋磚引玉提供一個例子讓你參考 有些同學在清理黑板板擦時 可能偷懶不想用板擦機 而會拿兩個板擦直接對拍 這個做法其實就是應用物體的慣性來解決問題喔 因為板擦在對拍撞擊過程受力向後了 但是本來附著其上的粉筆灰因為慣性持續向前 並未跟著板擦向後移動 因此就與板擦脫離而原地落下 還有哪些生活中的例子呢？ 就等你仔細觀察來發掘囉 我們下次見囉 bye bye