牛頓三大運動定律的探討 Part2

歡迎光臨牛頓 Part2:今天講的是外力定律以及作用力跟反作用力。安全帶繫好，因為我們準備出發了!

外力定律，顧名思義，與外力有關係。如果還記得慣性定律的話，你應該也會有印象:慣性是建立在無外力的情況下的。他述說著沒有外力的情況下，物體會維持等速的運動。 外力定律，F=ma，告訴我們:假如有受到外力，則會產生加速度(速度的改變)，而且改變大小與受力體的質量有關係。

先來看一下生活中的實例。隨便找一個周遭的物體。推它一下。它的速度改變了，對吧？它的速度從靜止變成有速度的，這就是加速度。你推它的那股力，就是它所受的外力。

那外力定律又跟質量有什麼關係呢？想像一下兩個人相撞。其中一個體重50公斤，瘦的像根竹竿。另一個重150公斤，巨大，而且壯碩。兩個人相撞，誰會飛得比較遠?50公斤那個應該是用噴的吧!

在下一段我們會學到作用力跟反作用力，而這裡先預告一下，兩個人所受到的力是一樣的，但其中一個飛比較遠，是因為他的質量較小，加速度較大。

那麼，他又會有哪種題目類型呢？以下附上我個人覺得最有辦法釐清此概念的題目!

Ex1:一甲物懸掛於書桌角，質量為5kg。另一等重乙物置於桌上，並且以一細繩與甲物連接，如圖所示。若甲物開始掉落，則下降之加速度為何(假設重力加速度為10m/s²)?

答案要從天而落了喔!
解:答案是5m/s²。解答加速度，首先要知道整個系統的受力。受力如下圖所示。

對於整個系統而言，繩張力T為內力，而不是外力，因此會互相抵銷，不造成加速度。對甲而言，它只受重力W↓的作用。對乙而言，向下的重力W與向上的正向力N兩種外力互相抵銷，無作用。因此，合理判斷出系統所受之外力為甲物之重力，大小F=(m甲)a=5x加速度=50(N)。

系統所受之外力為50N，要求加速度應該也輕而易舉了吧! F=ma，這次的m是整個系統的質量，為甲跟乙質量之和10kg。受力除以質量等於加速度，掐指一算，加速度便是5m/s²。

接著，先休息一下，喝杯水(適當補充水分喔)，我們即將要進入作用力跟反作用力了。

凡有正義，必有邪惡。

凡有和平，必有亂象。

凡有作用力，必有反作用力。

如果還記得 Part1的簡述的話，那麼應該有點印象:作用力跟反作用力大小相同，方向相反。現在補充一項，也就是時間同時。想著想著，事實上也挺合邏輯的。兩個人相撞，飛出的方向的確會相反，而且飛出的時間不會有先後。同時，任何一道力都可以被認為是作用力，而其對應的力自然地就會成為反作用力。

第三運動定律也需要建立在有兩個物體以上的系統。假設一個空間內只有一個物體甲，則沒有其他問題能施力於它；同樣的，也沒有受體給甲施力。

對於作用力跟反作用力有了基本的了解之後，我們要探討一下他可能出現的題型了!

Ex1: 一系統懸掛於天花板上，繩子質量不計，則下列何者互為作用力與反作用力?

A．天花板對繩的拉力和繩對B物體的拉力

B．上段繩對B物體的拉力和下段繩對B物體的拉力

C．下段繩對B物體的拉力和下段繩對C物體的拉力

D．下段繩對C物體的拉力和C物體的重力

答案即將揭曉，準備好了嗎？

解: 答案為D。在(A)中，天花板對繩子的拉力之反作用力，應該為繩子對天花板的拉力，也就是B+C的重力。(B)也同理，繩對B物的拉力，反作用力應該為B對繩子的拉力。(C)中，題目敘述即可判斷有誤，作用力與反作用力不會有相同的施力物。結合以上，答案可以判斷為(D)，因為C對繩的拉力即為C本身的重力。

Ex2: 兩個溜冰者體重分別為50kg和75kg，靜止於巨大溜冰場中。在沒有摩擦力的情況下，一溜冰者以10N的力量推另一個溜冰者，請問在10秒後，兩者的遠離速率為何?

答案要溜過來了喔喔喔~

解:答案為10/3(m/s)。首先，透過作用力與反作用力的知識，我們能判斷兩者的受力都一樣，為10N。再來，我們透過先前所學的外力定律，判斷出兩者的加速度分別為10/50=1/5(m/s²)和10/75=2/15(m/s²)。最後，10秒之後，兩者的速度分別變為10x1/5=2(m/s)和10x2/15=4/3(m/s)。兩者相加即可得解。

牛頓的三大運動定律就到此介紹到一段落了!如果對文章有什麼問題，記得留言提問喔!如果想要訂閱我的部落格，成為第一個看到我發佈的文章的，打開「網路版」，用E-mail訂閱就好喔!想跟我聊個天，或者有想要我寫的文章主題，都可以傳訊息給我喔，用E-mail (owen1203chang@gmail.com)就可以了!謝謝大家觀看我的文章，後會有期!