煞車如何避免 理解「力」...三名顧客想搶到最 後一包餅乾的平均 速率:3...
Transcript of 煞車如何避免 理解「力」...三名顧客想搶到最 後一包餅乾的平均 速率:3...
推或拉都是力的作用。
肉眼雖然看不見力,但是力的作用結果卻隨處可見——
力可以推動東西,也可以改變物體行進的方向;
力可以讓物體移動的速率加快或變慢;
力也可以把東西捏碎,或改變形狀。
不過,無論力做了什麼,力永遠只會沿著直線作用。
力無時無刻不作用在我們身上。
大部分的時候,力會彼此平衡、抵消,所以我們不會注意到它們的存在。
但是,當力不平衡的時候,就很容易感受到了。
往下閱讀,一起來探究各式各樣的力!
煞車如何避免
意外發生?
為什麼相撲力士要把身體
蹲得很低、靠近地面?
牛仔如果放掉繩圈
,
會發生什麼事?
為什麼潛水的時候會耳鳴?
第 2 章
理解「力」
現在想像你就在這間超市裡,而且你要定了那最後一包餅乾。
你只花了 3 秒的時間,就飆過了 12 公尺長的通道。想算出你的
速率,只要把你飆過的距離除以所花的時間就可以了:
也就是說,你以每秒 4 公尺的速率衝過那排條通道。你的動作
比其他人都快!
假設扒手為了逃過警衛的追捕,努力加了把勁,讓自己的速
度在 5 秒內由原本的每秒 0 公尺衝到每秒 4 公尺(但方向不
變):
5 秒加速度=
4-0 公尺∕秒
5=
4=0.8 公尺∕秒2
因此,扒手朝著超市出口逃逸,加速度為每平方秒 0.8 公尺。
時間速率=
距離
3 秒=
12 公尺=4 公尺∕秒
扒手竄逃的速率:
2 公尺/秒
三名顧客想搶到最
後一包餅乾的平均
速率:3 公尺/秒
警衛追捕的速率:
3.5 公尺/秒
女士在糕餅區漫步的
速率:0.2 公尺/秒
18 19觀念物理小學堂 19理解「力」
距離
(d)
速率
(s)時間
(t)×
÷ ÷
時間速率=
距離
速率時間=
距離或是
前進的方向?
力的特點就是,它們總是沿著直線作用。物理
學家使用速度(v)來描述物體在某個方向上移動的快慢。和速率一樣,速度的單位也是公尺/秒。
一旦運動的方向改變了,儘管速率維持不變,
速度還是改變了。速率如果加快或變慢,也就是加
速或減速,速度也會跟著改變。
度量加速或減速的情況,就是看每秒速度改變
了多少,也就是(公尺/秒)/秒,寫成公尺/秒2
(m/s2)。
要算出加速度的大小,可以使用下面的公式:
加速度=末速度-初速度
時間
想像你正在超市裡推著一臺推車。推,就是
一種作用力。推力作用的結果,就是推車動了。如
果你更用力推,也就是作用力加大,推車就會跑得
比較快──推車的速率增加了。推車究竟跑得有多
快?而你使自己身體移動的速率又有多快?
某個物體在一定的時間內移動了多少距離,就
是速率(可以用 s 表示)。物理學家測量速率的方式通常是看物體每秒移動了多少公尺,因此速率的
單位可以寫成公尺/秒(m/s)。要計算速率,可以採用下面的公式:
圖中這些人分別以不同的速率在超市中移動:
速率與運動速率的三角關係
物理學裡有各式各樣的公式。
在許多公式中,只要知道其中
兩項的值,就可以運用公式計
算出第三項。像這樣的公式都
可以用下面的「神奇鐵三角」
來呈現:
鐵三角中,只要把想得知的那
一項蓋起來,剩下的部分就是
算出答案所需要的公式。
譬如,要求出最上面那一項,
只要把下面那兩項相乘就可以
了。也就是:
距離=速率×時間
如果要求出鐵三角下面兩項中
的任一項,只要把上面那一項
除以下面的另外一項就可以
了。也就是:
速率(s)=距離(d)時間(t)
秒速還是時速?
高速公路上,汽車可以很輕
易的在 1 秒內跑出 33公尺的距
離。不過,由於汽車可以長
時間以高速行進,所以大家一
般都會說車子每小時可以跑多
少公里,這就是所謂的「時
速」。
公尺除以 1000,就可以換算
成公里:
33 公尺= 0.033公里
因為每小時有 60 分鐘,每分
鐘有 60 秒:
0.033 × 60 × 60 = 118.8因此, 3 3 公尺∕秒相當於
118.8 公里∕小時。
時間減速度=
初速度-末速度
減速度=10
4-0=
104
減速度=0.4 公尺∕秒2
慢下來!
計算減速度與計算加速度的方
法幾乎一樣。公式如下:
如果扒手被警衛逮住了,他的
速度在 10 秒內由原本的 4 公尺
∕秒降到 0 公尺∕秒。那麼,
他的減速度是多少呢?
光速火箭
動量
(p)
質量
(m)
速度
(v)
動量(p)=質量(m)×速度(v)
質量(m)的單位是公斤,速度的單位是公尺/秒,所以動量(p)的單位是公斤‧公尺/秒(Kg‧m/s)。
用力吧!
要讓推車(及車裡的大象)移動,就必須施
力;要讓推車停下來,也一樣需要施力。你的力量
或許夠大,可以推動推車,但是要讓推車停下來而
不釀成大禍,可能得靠舉重選手才有辦法。整輛推
車的動量實在太大了,
必須使出更大的力氣才
能停住它。
力(F)的單位是公斤‧公尺/秒 2,簡
稱為牛頓(N)。要計算力的大小,可以使用下面
的公式:
作用力(F)=質量(m)×加速度(a)
如果推車裡的大象質量是 6000 公斤,衝向鮮魚區的加速度是
0.2 公尺∕秒2,那麼撞擊鮮魚區的作用力會有多大?
所以如果要制止這件衝撞慘劇發生,舉重選手就必須使出 1200牛頓的力才能拉住推車。
假設幾天後,你又去了超市。這一次,你在推
車裡放了一頭大象,你的朋友在她的推車裡放了一
隻老鼠。你們兩人以同樣的速率往鮮魚區前進。結
果會發生什麼事?
你的朋友可以很從容的在
鮮魚區前,將她的推車停
好。可憐的你,無論要操
控推車或停穩推車都困難重
重──你的推車會整個失控
而一頭栽進鮮魚區裡,將魚
蝦灑了滿地。
為什麼會這樣呢?答案是:你推車裡的大象實
在是太重了!這裡所說的「重」是指物體的質量很
大──也就是說,物體裡所含的物質的量很多。一
個質量很大的物體,如果以很快的速度前進,就會
具有一股很大的動量。
什麼是動量?
動量可以用來衡量物體在某個方向上移動時,
移動的強度有多大。如果物體有很大的質量(譬如
大象),要讓這個物體移動就很困難,因為這麼大
的質量很難推動。
不過,一旦動起來,它的質量與速度會使得它
難以操控或減速,比原先要讓它動起來更加困難。
物體的質量愈大、移動的速度愈快,它的動量
就愈大。當然,物理學家會想要知道,一個物體的
動量究竟有多大:
舉足輕重的質量為什麼道路要有速限?
如果車子開得很快,它的動量
就會變得非常大。就算這輛車
有很好的煞車裝置,要減速或
是把車子停下來還是很困難。
和沒超速的車子比起來,超速
的車子得花更長的時間才能停
下來,而且一旦出了車禍,超
速的車子傷亡會更慘重。因此
開車要保持在速限之內。
×
÷ ÷
作用力
(F)
質量
(m)
加速度
(a)×
÷ ÷
作用力=質量×加速度
=6000 公斤×0.2 公尺/秒2=1200 牛頓
20 21觀念物理小學堂 21理解「力」
質量差異
由於老鼠的質量與大象相
差太多了,如果要讓老鼠
和大象具有相同的動量,
唯一的辦法就是請大象以
龜速行進,而老鼠以接近
光速的速度奔馳――光速
是宇宙中最快的速度!
動量鐵三角
下面是另一個神奇鐵三角,可
以用來算出動量、質量和速
度:
力的測量
想測量力的大
小,可以使用
測力計。
測力計中裝有
彈簧,彈簧連
接一個鉤子。
鉤子受力時,
彈 簧 就 會 拉
長,我們就可
以從測力計上
的刻度讀出作
用力的大小,
單位是牛頓。
力的鐵三角
利用下面這個神奇
鐵三角,可以算
出作用力、質
量和加速度的大小。