→ annies5: 有考慮過後方受力的狀況嗎? 10/29 09:37
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大概沒有其他的概念像「力」一樣，在日常生活中被大量使用著，但問到其意義時卻會讓
人不知道該怎麼回答。
什麼是「力」？
像「用力毆打」、「藉噴射水流的力道快速去除汙垢」或「以孩子的力氣打不開的瓶蓋」
等描述中所提及的「力」，跟物理學上的用語定義幾乎是相同的—指的是施加於物體或對
象，使其因而移動、被擊飛的概念（也可能會有像打不開的蓋子一樣，無法使目標移動的
情況）。
「電池快沒力的時候，鬧鐘的聲響也會越來越沒力」、「以地熱的力量來環保發電」或「
即使到了第九局，投出的球依然很有威力」等，就與教科書裡「力」的用法有些許意義上
的差異。電池的力或地熱的力，比較接近物理名詞「能量」的定義，而球的威力則可以替
換成「運動量」的概念。
至於像「活力洋溢的藝術作品」或「全公司上下，同心協力突破難關」等「力」的用法，
就已經不只是微妙，而是完全脫離了物理學的範疇，即使替換成其他用語也無法在教科書
裡找到對應的概念了。就算詢問藝術家或董事長，這裡的力是什麼意思？是否在物理學上
有了新發現？肯定也不會有答案。
而「老人力」、「鈍感力」或「女子力」等，更是完全讓人弄不懂是什麼力了。感覺好像
是種一使用便會給四周的人帶來困擾、很麻煩的力，但真的是這樣嗎？
建構力學體系的「牛頓」
「力」這個詞語被濫用的情況，不僅存在於現代用語中；在古今中外的各種語言裡，都意
義不明地被廣泛運用著。因為人們在「力」還沒有物理學定義之前就開始使用這個單字，
所以當然會導致這樣的狀況（即便如此，不在乎定義，隨便使用「力」這一詞的人今後應
該還是很多吧）。
十七世紀的歐洲，出現了一位名為艾薩克‧牛頓（Isaac Newton，一六四三～一七二七）
的科學家，他明確地對力下定義、建構被稱為力學的知識體系，導正了有史以來的混亂現
象。
牛頓認為，物體—亦即質量在加速時，其中就有力在作用。力擁有讓質量加速的效果，以
公式來表現就是：
力＝質量×加速度。
這就是運動的第二定律（Newton's second law of motion），也稱為運動方程式。看到
終於有公式出現，各位讀者應該安心些了吧。利用這個公式，可以從加速來對力做出定義
。牛頓的運動的第二定律就是力的定義，這讓原本混亂不清的力從此有了明確的概念。
車體越輕，速度越快
所謂的加速度，指的是速度的變化。當停止中的物體（速度為零）受到力的作用開始移動
，速度就產生變化。受到的力越大，速度的變化也會越大。如果力是一百倍，加速度也會
是一百倍。舉個例子，請試著算出汽車在最大加速時的力有多少吧。
一般的汽車，把油門踩到底，從靜止狀態到最高速度（約時速一四○公里），大約要花十
秒鐘（在現實中，這種可能會造成犯罪的加速法，不管哪個家庭都不會輕易嘗試）。時速
一四○公里，換算成秒速大約是四十公尺。花十秒鐘到達這個最高速度，代表加速度為四
公尺／秒。
踩下油門，每秒送往引擎的汽油都會增加、引擎的輸出提升、輪胎緊抓著地面帶著車體加
速移動。此時以運動的第二定律來計算力的大小，得到的數值是四千牛頓。「牛頓」是力
的單位，一牛頓指的是給予一公斤質量以一公尺／秒加速度的力。至於這單位的由來應該
就不用解釋了吧。
換句話說，把油門踩到底時，汽車的加速力約為四千牛頓。只不過，這是在汽車的質量設
定為一千公斤，也就是一公噸的情況下。
能輸出相同力的引擎，若搭載於更重的車體上，加速度就會變小；在更輕的車體上加速度
則會變大。
有些人偏愛能產生較大加速度的汽車，想提高加速度，就應該選擇較輕的車體，這跟使用
更強力的引擎的效果相同，其原因就存在於運動的第二定律當中。正因如此，在F1賽事中
，如何讓車體儘可能地減輕就變得很重要。
對我們而言，這些都是日常中理所當然的事情，但在牛頓生活的當時，都是以人力、馬力
或牛力來進行運輸，幾乎不會遇到物體會以一定的加速度移動，更別提力的定義尚未確定
，大家都任意地使用著力這個詞彙的情況下，竟然能夠導出第二定律來，不禁讓人佩服牛
頓的天才。
發生衝撞，後方車廂傷害較少
而若力與加速度呈比例的話，加速度減小則力也應該會減小——也就是說，力會變小。
請以多節車廂所組成的列車來思考看看。在車站停車或發車時，當車體加速，乘客也會隨
之加速，並感受到力的作用。請先記住一點，因為體重的不同，乘客所感受到的力也各有
差異。在一般的情況下，加速、減速時，不論在哪節車廂所受到的力都相同。接著，再來
思考當列車撞上障礙物時被迫停下的情況。
當發生衝撞時，最前方車廂幾乎立刻就停下。因為移動中的車廂突然停止，所以（負的）
加速度會非常大。另一方面，雖然前方車廂已經撞上，但後方車廂在短時間內，依然會朝
著障礙物持續移動。移動的時間只要把列車的長度，除以列車速度就大概可以得出。
因為後方的車廂從移動到停止前的時間較長，所以其加速度也會變小。粗略計算，如果是
十節車廂的列車，後頭的車廂受到的加速度，會是前方車廂的十分之一倍。也就是說，後
方車廂受的力，只有前方車廂的十分之一左右。
在衝撞意外的情況下，身處後方的車廂所受的損害會比較少。遠離前方車廂遠離災難，這
就是來自運動的第二定律的教導。
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