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    12 十二月 2016 大是文化

    搭捷運最有感覺的力—─慣性力與離心力

    搭捷運時,若列車突然緊急煞車,身體就會往前傾。如果是平常站在平地上,卻感覺到身體前傾的話,那一定是突然被誰推了一下,或是拉了一把。所以這樣說來,在突然煞車的列車車廂裡頭,也有人推了你一把?如果是這樣的話,別人的手應該會接觸到自己的背部。但事實上,在列車中明明沒有人碰到你,卻會有被推的感覺。像這樣明明沒有接觸點,也就是沒有直接的外力作用下,卻感覺被推了一下的情況,一般稱這種無形的力為假想力。物理學上稱為慣性力。

    在突然煞車的列車車廂中,我們會說「有一股往前的慣性力作用」。緊急煞車時,如果仔細觀察,會發現吊環往前傾。如果有一輛列車,車廂中看不到窗外景色,聽不到任何聲音,也沒有任何搖晃的話,儘管乘客無法感受到列車正在移動,但可以透過吊環的傾斜方向,進而得知正在煞車、速度正在變慢。列車若是靜止,吊環自然就不會傾斜。那麼,如果保持等速直線移動,會怎麼樣呢?此時吊環也不會傾斜。換句話說,對乘客來說,列車是靜止的,抑或是保持等速移動都沒有差別。相反的,如果看到慣性力作用時,就可得知列車正在加速度運動。

    汽車在彎道轉彎時,乘客常會覺得好像被往外甩。這也是一種慣性力。於彎道轉彎時,汽車在圓周運動,此時會有往外的慣性力作用。圓周運動時作用的慣性力,一般稱為離心力。圓周運動也是加速度運動的一種。

    發現電:靜電讓人討厭,卻不可或缺

    電能的「電」究竟代表什麼意思?在字典的定義中,「電」字除去上面的「雨」之後的部分,據說代表「閃電」。也就是與「雷」幾乎同義。那麼,英文中的電是「electricity」,這個字在英文的語源又是指什麼?其實這是來自希臘文中的「琥珀」。在古希臘時代,人們知道只要一摩擦琥珀,就會產生劈哩啪啦的聲音,這稱為摩擦起電。

    直到之後的時代,人們才了解原來這兩種電是一樣的東西。在這之前,人們都認為雷是「可怕的東西」,而摩擦起電「只能拿來當作嚇嚇人的魔術,一點用都沒有」。法拉第(Michael Faraday,1791~1867)這位有名的科學家甚至說過:「研究電這種東西到底有什麼用!」這句話,留下了一段趣聞。十九世紀中期之前,電學只是科學家研究的對象,大家從未想過可以實際運用電。在日本也曾有一位名為平賀源內(1728~1780)的人物,他成功製作出一個靜電產生裝置(elektriciteit,荷語),讓周圍的人們大吃一驚。

    在人們開始實際運用電之前,電都是靠摩擦起電產生的。摩擦的東西從一開始的琥珀轉變成硫磺、玻璃,但生電的方式完全沒有進步。甚至,富蘭克林(1706~1790)當時也留下了一段魯莽嘗試放風箏收集雷電電能的傳說。隨後使用萊登瓶(日文音同雷電瓶,但萊登為荷蘭地名)儲存靜電,是從這個時候開始形成的。這也是本書之後介紹的電容器的雛型。


    靠摩擦產生的電,常會使人嚇一大跳。懂電的人或許只會說「電剛剛流過了」,這種靠摩擦起電產生的電就稱為「靜電」。這種電與從插座或是電池中得到的「電」不同,因為人類無法自由使用。

    冬天空氣乾燥,之所以碰到金屬時常會觸電,或是衣服容易糾纏在一起,這是因為表面附著了大量靜電並一次釋放的關係。空氣中有水分時,靜電會慢慢釋放(不易積累)。另外,可以採取一些方法讓積累的靜電慢慢釋放(例如不要以指尖碰門把,而以整隻手掌觸摸),就可降低靜電的影響。

    可能有很多人覺得「靜電這種東西,還是沒有比較好」。不過,在生活中,靜電也扮演了很重要的角色,例如影印機。影印機是靠靜電讓黑色粉末(碳粉)附著在紙上的。

    本文授權自大是文化《名師這樣教 物理秒懂:國中沒聽懂、高中變天書,圖解基礎觀念,一次救回來
    圖/大是文化提供

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