從虎克看牛頓運動定律的發生| - 國立臺灣大學科學教育發展中心

直到1679年虎克來信，告知行星運動是由沿著切線的直線運動，和一種朝向中心的吸引運動所合成，而無離心力的存在，此提示讓牛頓找到了物理學的研究鎖鑰 ... 從虎克看牛頓運動定律的發生 牛頓在38歲前一直認為：月亮會穩定的繞著地球轉動，是因它朝向地球的重力，與旋轉時所產生的離心力，相互抵消，造成不受干擾而作等速率圓周運動。

直到1679年虎克來信，告知行星運動是由沿著切線的直線運動，和一種朝向中心的吸引運動所合成，而無離心力的存在，此提示讓牛頓找到了物理學的研究鎖鑰。

虎克如何可提出當時沒有一個科學家能擁有的想法，以及牛頓如何因此而能展翅而飛，開啟了古典物理學的新視野，是一段令人動容的歷史！ 撰文:高英哲 牛頓透過F=ma這條著名的第二運動定律，在物質和運動的基礎上，加上「力」這個新的範疇，並且可以用數學清晰地描述力產生的動量。

但是他可不是全憑一己之力想出來的，虎克跟他討論向心力的書信往來，著實幫他突破了盲點。

要瞭解虎克的思想貢獻，就要先說明在他那個時代的思想背景。

當時科學界是以笛卡兒的機械論、惠更斯的離心力，以及克卜勒的磁性哲學，三大論述為主流。

笛卡兒用質點跟運動，來建構日後所謂的古典物理學系統；惠更斯用以太的概念來解釋重力現象；克卜勒則認為星體軌道運動是因為磁性吸引所造成。

虎克在1666年發表一篇論文，提出圓周運動是由切線運動跟向心運動，兩種趨勢複合而成的概念。

他在1670年一場演講中，進一步提出關於運動規則的三條假設： 任何天體都具有向心運動的吸引趨勢。

任何物體會沿著直線前進，直到受到外來強勢改變，才會變為曲線。

這種吸引強勢有多強，取決於被作用物體距離其中心的距離。

虎克的這番見解，不但跳脫了笛卡兒的機械論權威，也不認為離心力是惠更斯說的那樣，而是比較接近克卜勒的向心吸引論。

當時的牛頓還沒有向心力的概念，他的天體運動理論只有離心趨勢，認為圓周運動是由離開與朝向中心，兩個大小相等，方向相反的趨勢，形成的平衡狀態。

虎克跟牛頓在1679到1680年間，透過書信往返，就離心與向心運動的概念加以討論；虎克認為圓周運動是一種不平衡狀態，並且以「中心的吸引強度」(centralatractionpower)一詞，具體指出這個吸引強度與距離的平方成反比。

牛頓受到虎克的影響，在1684年《論運動》一文中，首度以「向心力」(centripetalforce)一詞，正式提出「外力」的概念。

他認為運動量的變化與外力成比例，且運動的變化是沿著外力的直線方向產生。

這個概念化約為著名的牛頓第二運動定律，將伽利略、克卜勒、笛卡兒、惠更斯、甚至於虎克等人，對於力以及運動量變化各侷一隅的見解，以完整的論述加以統合解釋。

雖然古典力學的系統，在牛頓的三大運動定律之下集其大成，但若是沒有虎克向牛頓提到他對圓周運動的看法，牛頓很可能會一直無法解決行星做橢圓運動的難題，也就不會造就動力學跟萬有引力的偉業。

我們用牛頓自己的話來總結他的成就：「自然哲學的整個任務，就是從運動現象去探討自然界中的力，然後再從這些力去揭示其他的現象。

」牛頓說他站在巨人的肩膀上，虎克想必也是其中的一位吧！ (已被閱讀925次，今天被閱讀1次)分享 日期:2015/11/24講師頭銜:國立臺灣師範大學物理系教授講題:從虎克看牛頓運動定律的發生地點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳演講特稿:看精華文章(點我)活動照片:看精彩花絮(點我) 愛因斯坦如何發現狹義相對論   一般入門教科書或科普書籍在介紹狹義相對論的起源時，往往從Michelson-Morley的光速測量實驗講起：首先，Michelson和Morley量不到地球相對於以太的速度，這個結果違逆了大家的期待，為了處理這個矛盾，物理學家提出種種不能全然令人滿意的方案，只有在愛因斯坦於1905年提出狹義相對論後，一切的問題才圓滿解決。

高涌泉教授將在演講中說明這樣的敘事忽略了某些極為有趣的歷史面相。

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