你有沒有想過 物體究竟要呈現什麼狀態 才可以被說是靜止的呢？ 關於這個問題 你可能會直覺想到 看起來「沒有在動」的物體 就是靜止的吧！ 那在這裡提供兩個情境 讓你進一步思考看看 真的是這樣嗎？ 佇立在路旁的樹 在沒有風的情況下 應該可以被稱為是靜止的 但是 如果今天你坐在向前行駛的車上往外看 你卻會看到這棵樹動了起來 好像正快速向後「跑走」 由我們的角度 它看起來是確確實實有在動的 這時候我們還能稱這棵樹是靜止的嗎？ 我們再思考另一個例子 太陽每天從東邊升起 西邊落下 如果長時間觀察 我們會看到太陽一直在移動 可是 在以前的課程中 我們學過「地心說」與「日心說」的概念 「地心說」認為地球是宇宙中心 太陽繞著我們轉 但後來這個理論被「日心說」推翻了 太陽才是好像停在中心不動的 地球以及生活在地球上的我們 則在高速旋轉運動中 透過上述兩個例子 你現在可能已經開始重新思考 「靜止」這個概念應該如何被定義？ 其實在我們幼年時期 很可能都曾被這個問題困擾過 例如：你可能曾看著窗外問道 「為什麼樹沒有腳，卻可以跑走呢？」 或者 你會以為太陽每天都勤奮地早上來上班 晚上下班回家 但是 隨著我們的心智逐漸成熟 學會了跳脫自身 從不同的觀點來看待事情 這些問題就獲得了解答 你開始能意識到 原來樹相對於站在地上的人來說 是沒有在動的 而我們之所以看到它會向後移動 是因為我們自身在往前 由「地心說」至「日心說」的理論更迭 也是人們試著將自我為中心的觀點放下 才能用更開闊的視角來分析世界 這兩個例子都說明了 觀察者不同 所看到的物體運動狀態就可能會不同 進一步來說 會影響物體所呈現運動狀態的因素 除了我們所熟知的受力以外 另一個關鍵 是觀察者所處的座標系 站立在地面上的甲與乙 觀察路旁的同一棵樹 觀察到樹的運動狀態相同 這是因為其所處的座標系相同 所以雖然是不同觀察者 觀察到的結果卻是一樣的 但是如果跟坐在向前行駛的車上的丙來比較 丙會看到樹向後移動 這是因為座標系不同 觀察到的物體運動結果 就會全然不同了 牛頓所提的運動定律內容 皆涉及對物體運動狀態的描述 所以觀察者所處的座標系 可能會影響這些定律內容是否成立 因此 牛頓開宗明義 在其第一運動定律中 便先界定出其理論所適用的範圍 也就是對觀察者所處座標系做出定義 牛頓提出 當觀察者處於「慣性座標系」中 才能夠觀察到物體的運動符合牛頓運動定律 那麼「慣性座標系」究竟是什麼？ 與「慣性定律」又有什麼關係？ 其實兩者大有關聯 從之前的影片我們已經得知 「慣性定律」是指物體不受力時 其運動狀態為靜止或等速度直線運動 而「慣性座標系」指的便是 可觀察到「慣性定律」成立的座標系 舉例來說 靜止於地面的甲 會觀察到未受力的樹為靜止狀態 此時的樹「靜者恆靜」 符合慣性定律的內容 因此甲就是處於慣性座標系中 而坐在等速向前的車子上的丙 則會觀察到窗外的樹以等速向後移動 此時觀察到的樹屬於「動者恆作等速運動」 仍然符合慣性定律的內容 因此丙也是處於慣性座標系中 甲與丙都處於慣性座標系 由牛頓在第一運動定律中所述 甲與丙都會觀察到物體的運動狀態符合牛頓運動定律 我們來思考一下這個問題 坐在加速向前行駛的火車上的乙 同樣看著窗外的樹 又會觀察到什麼呢？ 請問乙也是處於慣性座標系嗎？ 乙所觀察到的樹 運動狀態會與乙剛好相反 它會加速向後移動 從乙的角度來看 這棵樹明明沒有受力 卻會作加速度運動 而非「慣性定律」所稱的等速度運動 因此 我們可以判定乙所處的座標系 不符合「慣性座標系」的條件 應被稱為「非慣性座標系」 你答對了嗎？ 下次當你在路上時 不妨也觀察一下身旁的物體 看看自己是不是處在慣性座標系下喔！ 讓我們回顧一下今天學到的重點： 牛頓第一運動定律 除了說明我們所熟知的慣性定律 同時也提出了牛頓運動定律的成立條件 也就是必須在「慣性座標系」下才會成立 為接下來的第二與第三運動定律作好條件設定 所謂的「慣性座標系」 是指觀察者可以觀察到 「物體未受力時，靜者恆靜，動者恆作等速直線運動」 的座標系 如果身處在非慣性座標系下 可能就會觀察到物體未受力 卻有加速度的情況 最後 請你再思考一個問題 有人會這麼說： 牛頓第二運動定律的內容是F等於ma 而牛頓第一運動定律討論的 就只是牛頓第二運動定律的特例而已 在沒有受力的情況下 F等於0 a也會等於0 代表物體會作等速運動或靜止 所以 其實牛頓第一運動定律是多餘的 只要留下牛頓第二和第三運動定律就完備了 你認同這個說法嗎？ 或者你覺得這個說法有什麼欠缺考慮的地方？ 這個問題就留給你思考看看囉！ 我們下次見！ Bye bye~