小均今天一到學校

興沖沖跑來跟班上其他同學講

剛剛上學的路上看到一起很嚴重的車禍

兩台汽車在校門口附近的路口對撞

車頭都撞扁了

班上大家同學議論紛紛感覺到非常可怕

生活中常有各種意外

造成難以避免的碰撞行為

就像我們前面影片所學

會對運動產生衝量

造成運動的動量變化

例如小均剛剛看到汽車的車禍行為

汽車從車禍前具有動量

到撞擊後變成零

造成動量的變化

像車禍這樣的碰撞也可能造成駕駛的傷亡

那如果這樣的碰撞難免會發生

我們有可能利用什麼方式

來減緩碰撞造成的傷害嗎？

一起想想看吧！

如果要減少碰撞造成的傷亡

那我們應該聚焦在力的分析上

從上次我們影片學到衝量的定義

移項後可以得到平均力的定義

也就是在這邊我們可以重新歸納出力的意義

力其實可以看作是

每秒鐘產生多少動量的改變

如果每秒鐘可以造成更大的動量改變

就代表這個運動受到更大的力

舉例而言

棒球選手要投出更快的球速

必須讓靜止的球每秒鐘產生更大動量變化

所以需要更大的力

如果運動發生趨近於一瞬間

可將時距趨近於零

可得到瞬時力的定義

其實剛剛平均力的定義

才是牛頓一開始提出的牛頓第二定律內容

其實牛頓當初並沒有提及到加速度的概念

那為什麼我們從國中到高一

總是學習牛頓第二定律時

總是以此公式進行運算呢？

兩者有甚麼關聯性呢？

我們討論的現象

常常都具有物體質量不變的特性

例如校門口車禍的汽車

棒球投手手中棒球等

汽車和棒球都具有在運動中質量不變的特性

如果我們將平均力定義中的動量

代入質量不變的條件

發現牛頓第二運動定律

在質量不變的條件下

會可以改寫成F等於ma

這說明其實F等於ma

是牛頓第二運動定律在質量不變下的特例

再讓我們分析經常討論的石頭自由落體

滑車下滑

分析的石頭和滑車都質量不變

所以利用F等於ma進行分析

是完全沒有問題的

那有沒有只能用每秒鐘的動量變化

也就是原始的牛頓第二運動定律

來描述受力的情境呢？

代表這樣的情境下

運動中的物體質量會改變

故不適合利用F等於ma進行運動的分析

僅能利用原始的牛頓第二運動分析

常見的情境就是火箭的發射

火箭在發射過程

燃料經燃燒以後產生高溫高壓氣體

經過噴嘴排出到外界

推動火箭向前飛行

所以火箭的質量會改變

質量會逐漸下降

而質量不固定的情況下

就不適合利用F等於ma進行運動的分析

回到影片最初的討論

若碰撞造成的動量改變難以避免

那要如何減少碰撞造成的傷害呢？

從平均力的定義

發現如果碰撞造成的動量改變是固定的

例如汽車從車禍前時速40的汽車動量

碰撞後停在原地

動量為零

同樣一場車禍動量改變是個固定的

發現只有在接觸的時間增加

才能讓受到的力減少

減少駕駛的傷亡

我們也稱作緩衝時間

根據上面所學

發現緩衝時間的重要性

那麼我們怎麼利用這個概念

來減少汽車車禍的傷亡呢？

答案就是汽車的安全氣囊

利用汽車的安全氣囊

可以增加車禍時駕駛人受到撞擊的緩衝時間

車禍發生時

駕駛人受到衝擊的力減少

因而減少駕駛人可能的傷亡

所以安全氣囊是否完備

現在也常常成為駕駛人選購汽車時

常見的購買標準喔！

生活中還有沒有其他只要增加緩衝時間

就可以適度減少碰撞造成的衝擊

和傷害的例子呢？

警員常常要執行夜間的臨檢任務

萬一受到機車騎士或汽車的衝撞

很容易因為向後倒而傷到後腦勺

或因為手直接撐地而導致骨折

所以警員基礎訓練中有所謂的護身倒法

就是向後倒的時候

用手快速拍地來增加緩衝時間

減少警員所受到的力

避免造成嚴重的傷害

籃球選手起跳高高跳起搶籃板球或爭球時

其實長久對膝蓋也很容易造成運動傷害

受過專業訓練的運動選手

知道利用適當的屈膝動作

增加緩衝時間讓受到的力減弱

避免造成傷害

而籃球鞋常會有具

較具彈性的球鞋氣墊

也是這個道理喔！

氣墊可以增加緩衝時間

讓穿籃球鞋的人受到的力減弱

避免造成長期的運動傷害

那麼最後我們一起來看看

今天學會了什麼重要的知識吧

利用衝量定義的移項

可得到

牛頓第二運動定律F等於delta P除以delta t

在物體質量不變的情況下

牛頓第二運動定律可簡化成F等於ma

利用增加緩衝時間

可減少碰撞所造成的力

F等於delta P除以delta t

與 delta t時間間距成反比

避免車禍或運動的傷害

給大家一個大挑戰

我們都知道雞蛋若從高處掉到地上會破掉

那我們應該要用什麼裝置保護雞蛋

才可以讓它掉落在地上時毫髮無傷呢？

和同學討論看看

我們下次見囉！Bye bye