牛頓定律的理解 Interpretation of Newton's Laws

(1) 質量和慣性 Mass and Inertia

第一定律展示了慣性的概念：物體抗拒開始移動及當開始了移動後它會抗拒停止。物體的質量就是慣性的量化量度數值(在直線運動情況下)。

在沒有外力作用之下，物體的勻速運動是持久的（靜止的定義是速度為零）。伽利略把物質的這個特性稱為慣性。

例子：

1. 從尚未停定的巴士跳落路面

2. 車子意外碰撞

伽利略
Galileo Galilei
(1564-1642)

慣性現象的示範短片

(2) 力 Force

力的作用

由於「力」的概念是頗為抽象，我們不會直接說明什麼是力，只可說出力可以產生甚麼可觀察的效果，例如：

1. 使靜止的物體移動；
2. 使移動中的物體加速、減速、停止或改變物體移動的方向；
3. 改變物體的形狀。
註：力還可作功或產生能量

力的單位

因 d(mv)/dt = m(dv/dt) = ma ( a = 加速度 acceleration)

在國際單位中，牛頓 (N) 是力的單位，所以由第二定律

F = m a (1N = 1kg ms^-2)

力的應用 - 質量量度之原理

當應用相同的力在兩個質量分別為 m 及m'的物體上，我們可以得到：

F = ma = m'a' 所以 m' = m (a/a')

因為 a 和 a' 能直接地被測量，而且 m 是已知道 (或是被定義)的，所以 m'的數值就能被找到。

-- " 質量量度之原理 Principle of the Measurement of Mass "

(3) 重量 Weight

由於引力 (gravitational pull) 或重力 (gravity) 作用，所以這作用在該物體上的力就定義為物體的重量 W(weight)。因此

W = mg	g	= 重力加速度
		= 9.81 ms^-2

註一：

古中國之力的概念

中國古書《墨經》亦有關於力的概念描述：

　　「力」，形之所以奮也。「力」，重之謂，下舉重奮也。

此段敘述的意思為：

力就是能令有形的東西移動。
重量是力的一種，物體的下墜與上舉移動都由於它的重量引致的。

註二：

日常生活中力的謬誤概念

以上有關重量 W = mg 的定義方法為一般物理教科書所採用。但是，若要與日常生活的概念更緊密連繫，我們應定義為「物體由於引力作用或運動作用令它向支持物所產生的施力」。因為根據牛頓第三定律，此力可由支持物的反作用力量度得到。例如：用彈簧秤稱物體重量。

在自由落體(free falling object)的情況，我們說是「失重」(weightless)。
傳統定義得出 0 = W = mg => g = 0 (因為 m > 0 )。但 g 應約 9.8 m/s² 是不變，所以產生謬誤的結果。因此，正確的解釋為「由於物體和彈簧秤同以 g 值下落，所以它們之間的作用力為零，即 W = 0 」。