運動的物理
所有物體,無論輕重落地時間相同
沒有介質阻力下,所有物體將以同樣的方法下落 兩個重要的結論: 物件的運動與物件許多性質無關!在這些無關的性質可以被忽略! 地表上物體的下落運動是普遍的,因此非常特別。
物件的運動與物件許多性質無關!在這些無關的性質可以被忽略! Model 模型 模型畢竟與真實的物體不同,也因此比真實的物體方便操作。
Models is a simplification of reality Models is a simplification of reality. It allows us to focus on the important aspects by excluding those aspects that play only a minor role. The particle model of motion is a simplification in which we treat a moving object as if all its mass were concentrated at a single point. 文學家會抱怨這是可怕的簡化與謀殺:你丟掉了色彩、衣服的質料、表情、心事……但….. 我們可以專心於她的位置,而且可以去測量並研究!
而且細節可以慢慢加回去、一件一件有系統地加以考慮: 我騎著一部單車 啊哈哈 要到路的盡頭 沒有人陪伴我 啊哈 我卻不寂寞
粒子的模型竟然比我們原來預期的更真實! 所有物質都是由沒有大小的粒子所構成:基本粒子!
測量物體下落的距離與時間的關係 地表上物體的下落運動是普遍的,因此非常特別。 物體的下落是等加速度運動! 加速度是定值! 對物體運動的研究必須由速度轉移到加速度!
天上的月球與地上的物體,運動速度(特別是方向)雖然完全不同,但運動的加速度卻都指向地心! 如果以加速度來研究,月球與蘋果的運動本質上是一樣的。 這兩種運動都來自同一個因:地球的影響。 對物體運動的研究必須由速度轉移到加速度!加速度與運動的成因直接相關。
塵世的物體可以成為神聖的天體! 天體與地面物體本質上是平等的!
何謂加速度? 速度是位置的變化率! 加速度是速度的變化率!
變化率! 在particle model裡,運動過程中,特定時間對應一特定位置:位置是時間的函數!
但是,在時間Δt 中,速度可能一直在變化。
y Δy y
任一特定時間都有一速度: 加速度是速度的瞬時變化率:
f Δf Δx x f x
等加速度運動
f x x0 f x x0
3D 向量 Vector 向量的要素:大小,方向 圖示法
分量法
由分量可以得到向量的大小 由分量可以得到向量的方向: 分量法 分量的值與座標軸的選取有關!
3D 位置 Vector 向量 位置 位移
速度 Vector 向量 如此定義速度向量的方向是沿著運動的切線方向,大小是移動的速率。 etc.
加速度向量 etc.
等速圓周運動的加速度
Δx Δx
等速圓周運動的加速度 向心加速度指向圓心
等速圓周運動的加速度 向心加速度指向圓心
等速圓周運動的加速度
月球的運動也是等加速度運動!加速度如自由落體指向地心! Isaac Newton (1642-1727)
塵世的物體可以成為神聖的天體! 天體與地面物體本質上是平等的!
天體與蘋果服從同樣的萬有引力定律 Isaac Newton (1642-1727) 物理定律是普遍的 (universal)
The great chain of being
無論貴賤,法律一體適用!
天體與蘋果服從同樣的萬有引力定律 Isaac Newton (1642-1727) 物理定律是普遍的 (universal)
A1689-zD1銀河距離地球130億光年,所發出的光是在130億年前發出! 我們預期物理定律在那裏在那時依舊成立!
牛頓運動定律 因 果 此定律指出一物體質量乘加速度將對應改變運動狀態的外在原因! 若無外在變因,則加速度為零,動者恆動靜者恆靜。 牛頓定律提供一個架構,但仍需要有具體力的描述,此定律才有用處!
牛頓提供了力的第一個例子:萬有引力。 一旦確定了F=ma的方向,有許多的觀察可以讓我們歸納(拼湊)出萬有引力的性質。 沒有介質阻力下,所有物體將以同樣的方法下落 地表上物體的下落運動以同樣的等加速度進行,所以地球對地表物體的萬有引力與該物體的質量成正比!
地球對月球及蘋果皆施以一指向地心的力! 行星繞太陽也是由於太陽對行星的力:九大行星等於做了九次觀察。 Kepler’s Third Law 行星軌道: 引力與距離平方成反比!
萬有引力 牛頓將此猜想運用於月球軌道的計算!
萬有引力
牛頓定律給定運動方程式Equation of Motion,加上起使條件(起始位置與速度),便能決定此系統未來任一時間的狀態!