前言



第一章?? ?力學的第一步

1-1?? ?力學、力與運動的關係

1-2?? ?力是使物體形狀及運動狀態的原因

1-3?? ?慣性與質量：物體運動的傾向

1-4?? ?決定物體重量的要素? 重量與重力

1-5?? ?我們生活在重力與慣性之中? 重力場與慣性座標系

1-6?? ?書桌上的書所受到的力－力的作用，作用力與反作用力

1-7?? ?摩擦力是在物體接觸面之間產生的相對運動

1-8?? ?描述物體的運動－質點與座標系

1-9?? ?速率與速度? 純量與向量

1-10?? ?測量的規定? 物理量與單位

1-11?? ?跟孩子玩投球的秘訣? 拋球運動

1-12?? ?向量的表示法與運用

1-13?? ?力與力矩平衡? 施力在剛體上

1-14?? ?作功使物體移動

1-15?? ?能量是作功的能力? 能量的形式和能量守恆

1-16?? ?改變物體運動狀態的動量? 動量守恆定律40

專欄?? ?日常生活中，到處都是力學實驗室



第二章?? ?物體的運動

2-1?? ?賽跑運動? 基本的平面運動

2-2?? ?速度的國際標準SI單位? 速度的單位與換算

2-3?? ?等速度運動的範例

2-4?? ?圖像化解題? 等速度運動

2-5?? ?另類的解題思考? 如何活用作圖

2-6?? ?汽車發動、行駛到停止? 加速度運動

2-7?? ?以等加速度行駛的車子? 等加速度運動公式

2-8?? ?等加速度運動的計算，範例(1)? 公式解題

2-9?? ?等加速度運動的計算，範例(2)? 作圖解題

2-10? 重力作用的垂直向下運動? 自由落體

2-11? 鉛直下拋•鉛質上拋 ??? ?鉛直方向的加速度運動

2-12? 鉛直拋體運動的練習? 練習運用公式

2-13? 徒手開根號? 直式開方法

2-14? 向上斜拋的球如何運動？?? ?斜向拋射運動

2-15? 認識三角函數 ??? ?三角函數基本介紹

2-16? 仰角45度可拋球最遠?? ?斜向拋射範例解說

2-17? 雲霄飛車的速度? 斜面的運動

專欄 速度與我們的感受



第三章?? ?力與運動

3-1?? ?自然界的四大基本作用力? 抵抗力來自電磁力

3-2?? ?力的各種作用? 力的種類

3-3?? ?力的合成與分解? 向量作圖

3-4?? ?作用於同一點之力的平衡? 合力為零

3-5?? ?重力•重量的單位? 牛頓還是公斤？

3-6?? ?靜者恆靜，動者恆動? 牛頓第一運動定律

3-7?? ?質量與加速度? 牛頓第二運動定律

3-8?? ?作用力與反作用力，非慣性系統的運動? 牛頓第三運動定律

3-9?? ?探討電梯的運動? 慣性力與運動方程式

3-10? 力與運動：電梯與重物? 電梯的力學問題

3-11? 接觸面上阻礙運動的力? 摩擦力

3-12? 推車的運動? 非慣性座標系的摩擦力

3-13? 斜面上物體的運動? 斜面與摩擦

3-14? 拔河的勝負關鍵在於摩擦力? 摩擦力的探討

3-15? 探討圓形軌道上的運動? 等速圓周運動

3-16? 圓周運動的作用力? 向心力

3-17? 轉彎時身體感受到的力? 離心力

3-18? 使物體旋轉的能力? 力矩

3-19? 尋找我們身邊的力矩?? ?簡單的計算範例

3-20? 物體受力的力平衡? 力的平衡與重心

3-21? 推動箱子，但不可倒下? 重點在箱子的底面積

3-22? 力矩的作用?? ?力偶與力矩

專欄?? ?力矩與 Torque



第四章?? ?功與能量

4-1?? ?實際體驗功的定義? 力學的功

4-2?? ?功的廚房實驗? 力與功

4-3?? ?作功不輕鬆? 動滑輪與組合滑輪

4-4?? ?利用三角形作功的智慧? 斜面的作功

4-5?? ?功與能量的關係

4-6?? ?古典力學的物體能量?? ?力學能

4-7?? ?彈簧的功與能? 彈性能

4-8?? ?重力為保存能量的力?? ?力學守恆定律

4-9?? ?雲霄飛車的運動?? ?運用能量守恆定律

4-10? 鞦韆的擺動?? ?單擺的能量守恆定律

4-11? 摩擦力消耗能量? 非保存力

4-12? 力學能與熱能? 作功與熱

4-14? 熱量守恆? 熱力學第一定律

4-15? 能量轉換與腳踏車煞車? 熱與作功

4-16? 能量大小與作功速率? 功率

4-17? 差動滑車的作功? 功率的計算

專欄?? ?地下鐵軌道的節能對策



第五章?? ?動量與衝量

5-1?? ?動量顯示物體運動的慣性? 動量守恆定律

5-2?? ?動量與動能? 功式的變形

5-3?? ?能量的作功與衝量? 計算範例

5-4?? ?物體的碰撞與反彈? 恢復係數

5-5?? ?自由落體的反彈高度? 自由落體的恢復係數

5-6?? ?碰撞是重心接近再遠離的運動?? ?碰撞後的速度

5-7?? ?求碰撞後的速度? 碰撞的驗證

5-8?? ?斜向彈性碰撞? 平面的碰撞

5-9?? ?打棒球與飛機的行進? 動量的思考

5-10? 水與空氣的運動? 流體力學

5-11? 水管的水與噴射引擎? 流體的動量

5-12? 水道的衝擊及衝擊式水車? 流體的衝擊力

5-13? 流體力學的運用? 上升力與下壓力



索引189

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前言



　　本書以物理學的入門「牛頓力學」為主題，希望讀者能先將全文從頭到尾快速讀過一遍，為此特別繪製了容易閱讀的插圖。



　　力學涵蓋各種不同的領域。在本書中，將以小學至高中的理科或物理課程中所涵蓋的「力」、「能量」、「運動」等基本觀念為主。也就是稱為牛頓力學、古典力學的範疇。



　　日常生活與力學之間有著密不可分的關係。在學校裡學習力學的時間並不充足，大多都以解題結束課程。因此，想必對於一些人來說，力學就維持在似懂非懂的狀態，留下的只是艱深的印象。



　　我想要計畫寫這本書的契機，是因為我認識了一個小學四年級的女孩。編輯人員向我說明此書企劃的大約兩週前，有一個曾經閱讀同一家出版社發行之「流體力學」相關書籍的學生，打電話到我家。



　　女孩對我說，「由於春假的功課，我正在查詢『浮力』相關資料，有些問題想向您請教。」聽說女孩的住址，原來就在我過去生活圈附近，於是隔天我跟她約在她家附近的公立圖書館，在大廳角落的座位區，就這樣聊了約一個小時。



　　女孩熱衷地查詢了許多資料，事先準備的幾個問題，都很切中核心，我也盡可能地以簡單的詞句回答。



　　如果今天是在教高中生，可以列出算式，向學生說明「因為這樣，所以會浮起來」、「因為這樣，所以會沉下去」就結束了，但當時我一邊說明一邊思考，不知道是否究竟能讓小學生理解多少的情況下，對方還能完全理解我的說明，著實令我欣慰。而拿到本書的企劃案，正是我剛剛經歷過這樣的體驗沒多久的事情。



　　因此在這本書中，我會盡量避開嚴格的定義及冗長的算式，希望對於力學有困難印象的人，都能夠理解的方式，去說明與呈現。抱著這樣的期待，我提筆寫下第一章。相信各位讀者經過略讀，就可以概略性地了解本書所涵蓋的內容。



　　然而，從第二章開始，我不得不利用相當篇幅列出許多算式。這是因為力學的說明，最少篇幅的必要算式與例題，還是無法避免的。在這些算式中，我並未使用數學高程度的計算，而僅僅使用一般算術來解答問題。



　　所以，我在說明文中特別注意避開一些數學專用術語，如「把…微分、把…積分…、把…內插」等。



　　但如果實在沒有其他更好的說明方式，我還是會使用三角函數。思考三角函數讓許多人剛起步就跌倒，是令人討厭力學的元兇，因此本書於三角函數的篇幅中，特別設立了「懂了就會」的簡易部份。



　　力學中重要的向量，我不會使用向量記號F箭頭標示。不嚴格要求向量符號箭頭方向，因此使用插畫代之，不致於產生太大的困擾。



　　關於文中的名詞，參考編輯的建議，也使用讀者較易閱讀的標示方式。



　　此外，我將搬運腳踏車、搬運行李等日常生活中常接觸的現象簡化，作為力學的模型。



　　這種種的用心，都是為了能讓讀者順利從頭讀到最後，也是本書的出發期望。各位讀者讀完本書，若能感到「力學其實也不是這麼困難！」我將感到非常榮幸。



　　文末，再次感謝給我此次執筆機會，並提供諸多建言及鼓勵的科學編輯部中右文德先生，還有為了支援讀者的理解而繪製示意圖，將算式細心排版的製作人員。在此表達我由衷的感謝。



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