《物理易觧》摘選(力學篇)
如何用文言解釋物理學定義?
清代出版的陳榥《物理易解》或許可以幫我們一窺其逕。————————————句讀、註解若有錯誤,還請讀者指示。
序
科學爲立國之本,固夫人而知之矣。然而其理精、其功實、其造深,要非獵等?所能至,故造車自輿始、造衡自權始,必循途漸進而後科學至焉。中等物理學與各種科學已多相啣接之處,吾國人學此者頗多苦之。然我國士夫之聰明材力,而謂未足語此,斷無是理。意者,倘亦無善本爲之啟發乎?壬寅春,同人設清華學校於東京,以計留學者修普通學之便,忝命予講物理學,予於此非所專執之門,顧以同人之命,不獲辭也,遂與來聽者相切磋,初則聽者頗有苦意,乃未及三月,則見解領悟各蒸蒸日上矣,而時己暑假無事時,輙將從前之講稿,採輯他書以補所不足,語非一家,務期明意,書成名曰《物理易解》。因卽梓以公諸世,亦欲爲求科學者之一助雲爾。
光緒二十八年八月 樂書氏陳榥自序
【注】
? 獵等:同「躐等」,不循序漸進、按部就班地學習。
六、慣性
慣性者,物體常欲守其本來固有之性也。人疾馳下坡時,其足急切不能自止,因下坡疾馳,其身體本動,常欲循其運動之習慣故也。戶半開時,以銃放彈擊之,彈穿過而門仍不動,以門本靜止,常欲守其靜止之習慣故也。
九、物質不滅
物質永不能消滅,燒木時如見木之消滅,實則搆成此木之質變爲灰、變爲煙,依然在宇宙內也。故自有地球以來,物質之數無所增減於其間。
【注】
卽「質量守恆定律」(Law of conservation of mass)。
十一、力
使靜止之物體運動、使運動之物體靜止或改變速度及運動之方向等作用之原因,名爲「力」。
二十一、重量
置不甚大之石於掌上,則掌之感覺與無石時不同,而此感覺由何而起?則因石欲向地墜,而掌抵之使不墜故也。夫石之向地墜,爲地球重力引石使然,故石之能使掌生此感覺者,其原在於地球重力。
又試加置一石於掌上,則掌之感覺較之於前,有易載、不易載之別。夫此卽流俗所謂「輕重之別」也。輕重之量名「重量」,而照以上所說,可擧要以言之曰:重量(後畧言「重」)者,地球重力及於物體分子之合力也。
二十二、質量
質量者,物體所含物質多少之量也。上節掌上加石時,其所增多者,僅爲物體之質量,質量增而掌卽覺其難載,是重隨質量而增也。故物體重者,其質量必多;物體輕者,其質量必少。擧鐵一立方寸較擧木一立方寸,甚覺其難,卽鐵之質量多、木之質量少也。
二十三、密度
上節木一立方寸質量少,鐵之一立方寸質量多,而容積同爲一立方寸,此其間必有疎密之別焉。物體之質量以物體之容積除之,名「物體之密度」。
二十四、CGS單位法
物理學所用之單位甚多,而皆出於時、路、質量三者。時,久暫之關係也;路,長短之關係也;質量,多寡之關係也。以一杪?爲時之單位、一纖米?爲路之單位、一葛蘭?爲質量之單位,名CGS法。
【注】
卽CGS單位制(Centimeter-Gram-Second system of units)。? 杪,秒。? 纖米,釐米。? 葛蘭,克。
二十五、萬有引力之定例
二物體引力之大小,與二物體質量之相乘積相正比例,與其間之距離相反比例。
茲舉式以明之。試定二物體之質量爲M、m,兩物體之距離爲r,則引力與相正比例是也。
然尋常二物體相近時,其質量不大者,作用亦微弱不顯,而地球質量約爲六、〇〇〇〇、〇〇〇〇、〇〇〇〇、〇〇〇〇、〇〇〇〇基葛蘭?,其質量甚大,吾人在地球上,亦易見地球引力之作用,物體之有重,其明証矣。然此力既與距離自乘相反比,故同一物體在山頂時之重必比在山麓時畧輕,以在山頂則相離較遠故也。此距離爲二體中心點相離之遠。地球之中心點,名「地心」,其至地面半徑已甚遠,故同一物體由地面擧高之,使不甚遠於地面,此力仍相等,所以在低山上之物體與在山下之重無異。
不論地球上何處,其下落物體皆向地而落,故可知地球重力之引物體,恆欲使物體垂直下向地心,所謂重力之作用垂直向下也。
【注】
卽萬有引力定律(Law of universal gravitation)。? 基葛蘭,千克(kilogramme)。原書「六」字後有20個「〇」,四四一組,然地球質量實爲5.965×102?kg,疑付梓時漏脫一組。
三十一、速度及加速度
運動物體單位時內所可進之路,名曰「運動之速度」。等速運動之物體,三點鐘內共進二百七十丈,以一丈、一點鐘爲單位,則速度每點鐘九十丈,以一杪、一寸爲單位,則速度每杪二寸半。法以所費之時,除所行之路,卽得而時、路、速度三者之關係,可立式如下:
,,
上三式中S爲路,V爲速度,t爲時。
變速運動之物體所費之時同所進之路不同,物體在路上,其速度時時變化,故求速度不能如等速運動之簡易,法可於路上甲處取極近之左右二點,測得物體行過此二點所費之時,以時除二點之距離,爲物體在甲處之速度。又若干時後,照法測得物體在乙處之速度,此兩速度之差,曰此若干時內之加速度。
物體之速度,初爲每杪六尺,至三杪後,爲每杪十八尺,則三杪之內,共增多速度十二尺。定第一杪內增多五尺,第二杪內增多三尺,第三杪內增多四尺,合之成十二尺,其所增者,每杪不等,名「不等加速度」。如第一、第二、第三杪內各增多四尺,則所增多者,每杪皆等,名「等加速度」。故求等加速度可取物體在二處速度之差,以其間所費之時除之卽得。試命等加速度爲α,前後二速度爲v、v,時爲t,則是也。
三十二、運動第一法
牛頓研究力與運動之關係,立有三法,其第一法:
物體不受外力作用,則靜止者永靜止,運動者永運動,而速度之大小及方向永不變。
此法爲慣性之定義,故又名「慣性法」。
【注】
卽牛頓第一定律(Newtons First Law of Motion)。
三十三、運動量
物體之質量乘物體之速度,名「運動量」。凡量運動物體之慣性,必用運動量量之。
【注】
卽動量(Momentum)。
三十四、運動第二法
物體受力之作用後若何,不難想像而知,蓋其速度變大變小,而運動量必生有變化也。牛頓據此立第二法:
凡力加於物體,其變化之運動量,與力乘時之積相正比例,而與力之方向相關係,與物體之靜動不相關係。
上法又名「等加速度法」,何則?
試定物體之質量爲M,速度爲v,物體受f力t杪之末速度變爲v,則運動量之變化爲由Mv變Mv,而其差爲。然物體每杪所受者,同此f力其作用,必每杪皆等,故每杪運動量之變化,必爲,照三十一節式,卽每杪所加之速度皆等也,故名「等加速度法」。
又f力用於物體而其所生之變化,能使物體之運動量每杪差,故又可知力之大小與質量乘加速度之積相正比例。
【注】
卽牛頓第二定律(Newtons Second Law of Motion-Force and Acceleration)。
三十六、運動第三法
用力推物體時,物體卽顯抵拒作用,牛頓本此關係立第三法:
甲物體與乙物體以力,則乙物體必還以力,所與之原力及所還之反力等量而反向。
照此法所說,甲與乙以力時,乙受力之作用,乙還甲以力時,甲亦受力之作用,而力相等,其作用亦必相等,故所生之二運動,其運動量亦必相等。
【注】
卽牛頓第三定律(Newtons Third Law of Motion-Force and Acceleration)。
——————
未完待續……
推薦閱讀:
※如何評價SUNSHINE(太陽浩劫)這部影片?
※如果一根棒子足夠長,那麼它旋轉時末端的速度能否超越光速?
※如何證明旋轉杯子中的水液面呈拋物面?
※量子力學中的隨機性有沒有可能類似於計算機中的偽隨機?
※為什麼閃電一般都是鋸齒形的?