能量是什麼?

要回答這個問題真的有點困難..

世界是由物質與能量所組成
那物質是什麼呢?
ㄧ般所謂物質是指：佔有空間、具有質量的東西
這樣的定義能滿意嗎？
假設可以的話
那能量就定義為：改變物質的狀態、位置等特性時所需施予的物理量
比如要讓物體產生速度，要給予能量
　　要把物體抬高，要給予能量
　　要讓五體的溫度升高，要給予能量

當然，這樣的解釋還是沒有解釋到底能量是什麼？
就如同質量的定義，同樣沒有真正解釋質量ㄧ樣

不過，
科學家不喜歡解釋為什麼會有這個物理量
科學家比較喜歡知道的是這個物理量如何描述？以及如何運作？

不相信的話
你可以問：為什麼物體在地球上會往下掉？
答案是：有萬有引力
那為什麼會有萬有引力呢？
相信沒有幾個人能解釋了吧

槓桿平衡?天平平衡?

槓桿平衡時不必要成水平
只要兩側造成的反方向力矩相等就可以了

但是，為什麼使用天平時一定要成水平呢?
通常天平會把整個槓桿的重心設計在與槓桿垂直的鉛直線下方

假設天平兩邊的力矩相等時
ㄧ旦天平不成水平，重心會偏離鉛直線
因此對支點產生力矩
使天平回到水平
回到水平之後，重心就落在鉛直線上
對支點就沒有力矩了

因此天平平衡一定是成水平

回聲的問題

這是在PTT上看的的題目

[題目]:
A，B兩艘船由同一起點反方向出發，行駛速率為v，
A向懸崖前進，A在發出"嗚"的鳴笛聲時，
B在2秒後發出"叭"的鳴笛聲，
再經2秒後，當A聽見第二聲"叭"，B同時也聽見第二聲"嗚"
已知聲速為300m/s。
求:
(1)v為多少
(2)當A聽見第二聲"叭"，A離懸崖多遠?
(3)當B聽見第二聲"嗚"，B離懸崖多遠?
(4)當A在發出"嗚"的鳴笛聲時，B離懸崖多遠?
(4)當B在發出"叭"的鳴笛聲時，A離懸崖多遠?

這是我的解答：
假設A船一出發時(第0秒)就發出"嗚"聲
再假設4秒後A船距離懸崖D公尺

則當B船聽到第二聲"嗚"時聲音共走了4秒
可列出 4*300=12V+2D

當A船聽到第二聲"叭"時聲音共走了2秒
可列出 2*300=6V+2D

兩式求解得 V=100 D=0

答：(1) 100 (2) 0 (3) 800 (4) 400 (5) 200

或許假設的太簡單了
如果A船不是在第0秒發出"嗚"的話
那情形將會更複雜許多

齒輪省力嗎?

我們都知道齒輪也是ㄧ種簡單機械
那....當大小齒輪掛在一起時
是施力在大齒輪比較省力嗎?
答案可能是未必哦

我覺得問題是出在齒輪的設計
如果以齒輪來做機械帶動物體的話
物體不會是掛在齒輪上的
而是掛在齒輪的軸上
而施力也應該是作用在"軸"上

假設大齒輪與小齒輪的"軸"半徑ㄧ樣
那麼在大齒輪上施力會較"費力"
因為在軸上施力(施力臂小)，轉動大齒輪(抗力臂大)
雖然大小齒輪轉動所走的路徑ㄧ樣長
可是小齒輪轉動了比較多圈，所以掛的物體上升的位移較長

反過來說
我們也可以設計不同大小的"軸"
(這裡的"軸"是跟齒輪連結在一起的
所以也就是跟輪軸原理ㄧ樣)
使得在大齒輪上施力變的省力
如同腳踏車原理ㄧ樣

但是
如果把物體直接掛在小齒輪上
而施力也在大齒輪上的話
那麼，這齒輪的功用就真的只像是兩個定滑輪
只能改變力的方向了

功的定義?

我們都知道做功的定義是：作用力乘上沿力方向的位移
也就是W=FS
可是為什麼要這樣定義呢?
有沒有可能有其他的定義呢?

先來看看最基礎的密度的定義吧
顧名思義，密度當然是物質的疏密程度
如果以質量代表物質的量
那麼，在相同的體積時，質量愈大，物體內部的排列就愈緊密
反過來說，如果質量相同，體積愈大，物體內部的排列就愈鬆散
因此，把密度定義為單位體積所含的質量是無可厚非的
也就是D=M/V這樣的定義是必然的結果
可以說是物理直覺

再來看看我們要怎麼定義功呢?
在一般的情況下，施力給物體，會使物體獲得能量
比如說在水平面上施力於一個靜止的物體，使物體開始運動
不可否認的，運動中的物體會比靜止的物體含有更多能量
不相信的話，想一想被ㄧ顆運動的球打到，跟碰到ㄧ顆靜止的球，哪個痛呢?
再比如說，在鉛直面上施力給物體，把物體抬高，物體也會獲得能量
為什麼呢?想像一下被高處落下的物體打到，與低處物體落下打到，哪個痛呢?

好了，思考過這些問題之後，我們可以來定義功了
功是施力於物體時，物體所獲得的能量
再來，功跟什麼物理量有關呢?
第一個想到的當然是力
把ㄧ顆石頭輕輕的丟出去，與用力的丟出去，假設手臂揮動的距離一樣
石頭飛行的速度會不ㄧ樣，施力愈大，飛出去的速度會愈大
再來，跟施力的路徑有關嗎?
考慮一下鉛直面上吧，施ㄧ固定力，把ㄧ個物體等速抬高
抬的愈高(施力路徑愈長)，物體的獲得的能量就愈大
所以做功就可以定義為：施力乘上施力方向的路徑

最後，只要再加上單位的選擇
就可以把做功寫成這樣的形式：W=FS
科學家定義以ㄧ牛頓的力使物體再施力的方向上移動ㄧ公尺
這樣的功就稱為ㄧ焦耳

我想要表達的是
在把功定義為能量之後
這個公式就是ㄧ個必然的結果了

相對速度?

我們都有學過所謂的相對速度
也就是..
如果從一台速度為v的車子上
以u的速度向前丟出ㄧ顆石頭
這時，石頭離手的速度由靜止於地面上的觀察者來看
石頭的初速=v+u
如果反過來以u的速度向後丟出這顆石頭
那由同一個觀察者來看
石頭的初速=v-u

換ㄧ個情形來思考
那如果從一台速度為v的車子上
發出ㄧ道在空氣中速度為u的聲音
那從靜止於地面的觀察者來看
這道聲音的速度會等於v+u嗎?
答案是不會

石頭是物質，把石頭丟出去會給石頭初速
施不ㄧ樣的力給石頭，石頭就會有不ㄧ樣的初速
但是聲音是能量，是波動
力學波仰賴介質傳播，相同的介質會有相同的波速
也就是，不管你用力的大喊ㄧ聲，或是輕輕的發出聲音
聲音的傳播速度都ㄧ樣
除非聲音賴以傳遞的介質也在運動
那聲速才會相對於靜止觀察者有變快的感覺

既然聲速沒有變快
觀察者感受到的聲音會跟原來的聲音相同嗎?　
當然不相同，
假設觀察者在發音體前方，而發音體向著觀察者運動
發出第一道聲音之後，第二到聲音發出時，
發音體的位置已經比發出第一道聲音時更接近觀察者了
也就是第二道聲音傳到觀察者時，比第一道聲音少走了一段路
因此在觀察者的角度來看
第二道聲音比預期更早到達
如果發音體發出的每道聲音的時間間隔都相同的話
在相同時間內，觀察者可以聽見更多道的聲音
也就是所謂的頻率升高了
這就是都卜勒效應所講的東西

下次在路上有機會遇到救護車時
記得仔細聆聽ㄧ下
當救護車靠近你時與遠離你時
感覺到的聲音有什麼不同呢?

什麼是資優?

在我的定義裡面..
資優是指：
能有源源不絕、不同於一般的想法與創意
並且能夠尋找適當的方法去解決問題
在這樣的定義之下
即使是回到年少時代，我都不會是ㄧ個資優生
何況是現在呢?
多想法都已經僵化了
能夠想出的也都了無新意
這種情形要我去指導資優生簡直是難啊
也許明年該收手了

牛頓的捉迷藏

古代有很多的物理學家死後都上了天堂
有一天，科學家們閒來無事
於是就提議玩捉迷藏的遊戲
猜拳完之後愛因斯坦當鬼
他從一數到ㄧ百之後
大家都跑去躲起來了
只有牛頓ㄧ動也不動的站在一塊正方形的木板上

愛因斯坦就跑過去抓住牛頓說：牛頓我抓到你了
牛頓指著自己腳下的正方形木板說：不，你沒有抓到我，你抓到的是帕斯卡。

註：1帕斯卡=牛頓/平方公尺
這適合用在敎到大氣壓力時使用
這是我從PTT物理板上看到的

物理上的係數

有些物理公式會出現所謂的係數，例如萬有引力公式F=GMm/r^2的G值，
又有些物理公式並不會出現係數，如牛頓第二運動定律F=ma，
為什麼有些需要係數，有些又不需要呢?

當物理學家要提出一個物理定律的時候，
ㄧ定會先找出相關的物理量，找出這些物理量之間的關係，
像是正反比或是更複雜的關係，
之後要把公式提出時，通常要加一個係數使得公式左右的物理量能相等，
或者，定義一個新的物理量，這時候就不需要再加係數了。

旅遊中的物理3

牛頓第三運動定律

舞者在船上盡興的跳著舞，

而船夫手持著槳，奮力向前推，

船呢?

當然是向著船伕身後滑行啦。

旅遊中的物理2

這也是在那魯灣劇場中看到的，

在人抓著繩子作單擺運動，

如果在最高點鬆手的話，

因為最高點的速度為零，

所以人將會如同自由落體一般，

直直落下。

旅遊中的物理

這是我在九族文化村，那魯灣劇場裡看到的，

ㄧ根鐵柱從水中立出水面，

從水面上看來，就像折斷了一般，

這不就是光的折射現象嗎?

煞車的摩擦力

除了車子啟動的摩擦力外，
煞車時的摩擦力也是需要探討的，
我們分兩個方向來討論。

第一種是車輪鎖死
此時煞車皮咬死車輪，兩者相對靜止，
使車子停止的摩擦力來自於車輪與地面之間的摩擦力(動摩擦力)
摩擦力做負功，抵銷掉車子的動能，因此車子停住了。

第二種是車輪未鎖死，煞車的過程中仍然向前滾動，
這個過程假設是純滾動，
這時車輪與地面之間是相對靜止的，所以地面摩擦力並未做功，
使車子停止的摩擦力來自於煞車皮與車輪之間產生摩擦力(動摩擦力)，
摩擦力方向與車輪轉動方向相反，
因此，對車輪做負功，使得車子停止。

不過，這些都是理想狀況，
在真實的情形下，兩種情況都會同時發生的。

聽課

好久沒有坐在座位上聽家上課了，
自從畢業之後，自己站上講台，
想要再聽別人上課，似乎變的不太可能，
這次終於有機會可以再聽課。

有時候當局者迷，旁觀者清，
聽人家上課才知道自己的ㄧ些缺點及該改進的地方，
例如，板書寫的太小，
又例如可以使用劃線來代表正反比等，
這些都是自己上課無法發覺的。

腳踏車的摩擦力

在考古題上看到了這樣一個題目：

腳踏車前進時，兩個輪子的磨擦力方向為何?

這是ㄧ個值得深思的題目，

我的理解如下：

腳踏車要前進，車輪必須要有一個力矩使它相對於地面往前

而這個力矩來自於我們踩腳踏車的踏板，

當我們踩踏板時，齒輪將會帶動後輪，使後輪相對於地面向前，

因此後輪作用在地面的力向後，地面靠摩擦力給予後輪反作用力向前，

當後輪向前時，自然推動前輪，

在沒有摩擦力的情形下，前輪應該會向前滑行，

但是因為有摩擦力，所以在前輪接觸地面的那個點上，

地面給前輪一個向後的摩擦力，

這個摩擦力相對於轉軸給予前輪一個向前轉的力矩，

所以前輪也向前滾動了。

我所知道的物理

所謂物理，
勿理?霧裡?
"悟理"是也。

所有自然界運作的法則，
都在物理研究的範疇之內，
所以物理是一個認識大自然的學科。

自古以來，
科學家就一直在找尋世界運行的法則，
並且加以簡化，
像是自然的的力，已被歸納出了四種基本力
如重力、電磁力、弱作用力、強作用力等。

尤有甚者，
科學家還想把四種基本利統合成一個最基本的力，
叫做統一場論。

目前電磁力已經和弱作用力統一成電弱作用力了，
而強作用力也一並在電子色動力學裡被統一了，
愛因斯坦離世前的夢想就是把重力也統一起來，
不過一直到目前都還沒有完成，
也許有朝一日，
科學家會完成這個夢想也說不一定。

由此可知，科學家追尋的是一個單純而理想的世界，
如果真能找到那個力，
或許那就是所謂的上帝了吧。

第二次使用

再次去申請了一個帳號
又花了20分鐘
天哪..
真的是年紀大了
老眼昏花了嗎?
為什麼那個認證碼我就是按不過呢?

第一次使用

申請的設計真是不貼心
光是申請一個帳號就花了超過三小時
主要都是認證碼出問題
等一下一定要來再申請一個試試看