慣性定律
電梯往下方樓層移動時,身體會有突然浮起來的感覺。這種現象可用力學的慣性定律解釋。慣性定律是與物體運動有關的基本定律:「只要不受外力,靜止的物體將持續靜止;移動的物體將維持相同的速度持續前進」。若以電梯的例子來看,身體會先停在原地不動,之後再因為重力而向下加速移動。慣性定律是由伽利略發現,再由牛頓集大成,也被稱為「第一運動定律」。
功與能
功與能這類詞彙我們平常用得很習慣,但其實最初這兩字都源自物理學術語。在力學裡,所謂的「能(energy)」,就是讓物體運動的力量,可分成非常多種。而「功(work)」是指對物體施力並使其沿著該力方向移動時,「力與作用距離的積分,W=F*d」。功與能的單位都是「焦耳(J)」,名稱源自研究熱力學的英國物理學家焦耳。不過也有一說認為,首先使用「能」一詞的其實是著名流體力學家丹尼爾·白努利(Daniel Bernoulli)。但無論為何,功與能都是從牛頓運動定律推導出的結果。
功有標準的方向,所以會根據該標準決定正負。以下圖為例,假設有個人正打算往左前進,此時這個人受到了三個方向的力:朝向這個人前進方向的力,也就是往左的力稱為「正功」;與前進方向相反的力稱為「負功」;與行進方向上正交的力「不做功,也就是O」。簡單來說,就是「有好好作用的功稱為正功,搗蛋的功稱為負功,什麼都不做的功就叫做不做功」。
而在物體擁有的各種能之中,最具代表性的就是動能,英文為Kineticenergy,也因此動能都以「K」這個符號作為標記。動能與功之間的關係,通常表現在以下情形:「物體原本的動能,加上外力所做的功之後,產生了新的動能」,這也稱為能原理或功能原理。若以上方的圖例來看,假設此時從右側吹來了風,讓向左移動的人得以乘著順風前進,那麼這股風就是正功,人原本往左移動的動能,因為多了順風的功,而轉變成更大的新動能。
克卜勒定律
在牛頓之前,也有想要聞明天體運動的科學家,其中又以克卜勒發現的三大定律奠定了重要的基礎。
第一定律:行星將太陽當成一個焦點,繞行太陽的軌跡為橢圓形
第二定律:行星與太陽連成一條線之後,於單位時間掃過的面積為定值
第三定律:行星公轉周期的平方與橢圓軌道半長軸的三次方呈正比