你的精彩運動溫習筆記！
各位同學，大家好！歡迎來到刺激的運動世界。你有沒有想過，汽車為什麼會加速？皮球為什麼會掉回地面？火箭又是如何飛向太空的？這個單元將為你解開所有謎團！我們會一步一步地為你拆解。如果一開始覺得有點難，別擔心！我們會用生活中的簡單例子，讓你完全明白。現在，讓我們一起動起來吧！
1. 有多快才算快？速率、距離和時間
首先，讓我們學習如何描述物體的運動。這是理解一切的基礎！
什麼是運動？
在科學上，運動只是一個比較學術的詞，用來形容物體改變了它的位置。如果你從書桌走到門口，你就是處於運動狀態。如果汽車在街上行駛，它也在運動。很簡單，對不不對？
神奇三角：速率、距離和時間
要理解運動，我們需要認識三個關鍵概念：
- 距離：這是你移動了多遠。（例子：你走了100米。）
- 時間：這是你移動這段距離所花的時間。（例子：花了50秒。）
- 速率：這告訴你移動的速度有多快。它是你在特定時間內所移動的距離。
這三者由一個超級有用的公式連接起來。在科學上，速率的主要單位是米每秒 (m/s 或 ms⁻¹)。
速率公式
$$Average\ Speed = {Distance \over Time}$$比喻：想像你正在公路旅行。距離就是這趟旅程有多少公里。時間就是需要多少小時。速率就是你每小時行駛多少公里 (km/h)。
助記工具：神奇三角！
這裡有一個記住公式的竅門。畫出這個三角形。蓋著你想找的項目，三角形就會告訴你該怎麼做！
- 想找速率？蓋著 S。剩下 D 在 T 上方 (距離 ÷ 時間)。
- 想找距離？蓋著 D。剩下 S 在 T 旁邊 (速率 x 時間)。
- 想找時間？蓋著 T。剩下 D 在 S 上方 (距離 ÷ 速率)。
(想像一個三角形，D 在頂部，S 和 T 在底部兩角)
分步例子：
一位短跑運動員在 10 秒內跑了 100 米。她的平均速率是多少？
- 我們知道什麼？ 距離 = 100 米，時間 = 10 秒。
- 我們想找什麼？ 速率。
- 使用公式： 速率 = 距離 / 時間。
- 代入數字： 速率 = 100 米 / 10 秒。
- 計算答案： 速率 = 10 m/s。就這麼簡單！
圖解故事：距離-時間關係圖
距離-時間關係圖是一張圖表，顯示物體在一段時間內移動了多遠。它就像一個旅程的故事！
- 一條平坦的水平線表示距離沒有改變。物體處於靜止狀態 (沒有移動)。
- 一條傾斜的直線表示物體正以恆定速率移動。這稱為勻速運動。
- 斜率越陡峭，速率越快！
- 一條曲線表示速率正在改變。這稱為非勻速運動。
快速回顧：讀取圖表
水平線 = 停下
傾斜直線 = 穩定速率
陡峭線 = 快速
平緩線 = 慢速
第一部分重點總結
運動是關於位置的改變。我們可以透過將物體移動的距離除以所需時間來計算其速率。距離-時間關係圖是物體旅程的視覺故事。
2. 是什麼讓物體移動？關於力的一切
物體不會自行移動。它們需要一點推力…或拉力！這就是力的作用。
什麼是力？
力簡單來說就是一種推或一種拉。力可以使物體：
- 開始移動
- 停止移動
- 加速或減速
- 改變方向
測量力
我們以牛頓為單位來測量力，這個單位是以著名科學家艾薩克·牛頓爵士命名的。符號就是一個大寫字母N。我們使用一種稱為彈簧秤（或牛頓計）的工具來測量力的大小。
接觸或不接觸：力的類型
力可以以兩種方式作用：
- 接觸力：這些力只有當物體互相接觸時才起作用。例子：踢球、推門、摩擦力。
- 非接觸力：這些力無需接觸，即可從遠處作用！例子：地心吸力（將你拉向地面的力）、磁力。
偉大的平衡術：平衡力與不平衡力
通常，物體上會有多於一個力作用。接下來會發生什麼，取決於這些力如何合在一起。
- 平衡力：當作用在物體上的推力／拉力大小相等、方向相反時，它們會互相抵消。運動狀態沒有改變。物體將保持靜止或以恆定速率沿直線繼續運動。
比喻：拔河比賽中，兩隊以完全相同的力量拉動。繩子紋絲不動！ - 不平衡力：當力不相等時，其中一個比另一個強。這會導致運動狀態改變。物體會加速、減速或改變方向。
比喻：在拔河比賽中，其中一隊突然用力拉得更猛。繩子和另一隊就會開始朝著較強的隊伍移動。
繪製力圖：自由體圖
科學家會用帶箭頭的簡單圖示來表示作用在物體上的力。這些圖示稱為自由體圖。箭頭指向力的方向，箭頭越大表示力越大！
無形的敵人：摩擦力與空氣阻力
摩擦力是一種阻礙運動的接觸力。當兩個表面互相摩擦時就會發生。它試圖減慢物體的速度。
空氣阻力是一種摩擦力，發生在物體在空氣中移動時。
- 摩擦力可能很有用：它幫助你單車的煞車運作，並讓你的鞋子有抓地力，使你不會滑倒！
- 摩擦力也可能帶來問題：它使推動重物變得更困難，並減慢汽車和飛機的速度。
- 減少摩擦力：我們可以使用潤滑劑（例如油）或使表面更光滑。為了減少空氣阻力，物體會被設計成光滑、尖頭的流線型形狀（例如跑車或火箭）。
每一個作用… 作用力與反作用力對
這是宇宙中一個超級重要的法則！力總是成對出現的。
每一個作用力，都有一個大小相等、方向相反的反作用力。
這是什麼意思？如果你推某樣東西，它會以完全相同的強度推回你！
- 例子 1：當你跳起時，你的雙腳向下推地面 (作用力)。地面以相等的力量向上推你的腳，把你發射到空中 (反作用力)。
- 例子 2：火箭向下噴射熱氣體 (作用力)。熱氣體向上推動火箭 (反作用力)。
避免這個常見錯誤！
人們認為因為力是大小相等、方向相反的，所以它們應該互相抵消。但它們不會！為什麼？因為它們作用在不同的物體上。（你推牆壁，牆壁推你。力作用在兩個不同的東西上！）
第二部分重點總結
力是推或拉，能改變運動狀態。如果力平衡，運動不會改變。如果力不平衡，運動就會改變。摩擦力等力會阻礙運動，而所有力都以大小相等、方向相反的作用力與反作用力對出現。
3. 宇宙的大擁抱：萬有引力、重量和質量
是什麼讓你的雙腳站在地上，阻止你飄走？是宇宙中最重要的力之一：萬有引力！
什麼是萬有引力？
萬有引力是任何兩個具有質量的物體之間存在的非接觸吸引力。沒錯，任何有「東西」的物體都有引力！
- 物體質量越大，它的引力就越強。
- 地球質量龐大，所以它的地心吸力足以把一切拉向它的中心。這就是我們和所有其他東西都能留在地面的原因。
你知道嗎？
你的身體也有引力！但因為你的質量與地球相比微不足道，你的引力非常微弱。
質量與重量：有什麼分別？
這是個大重點！人們經常混淆這些概念，但在科學上，它們非常不同。
- 質量是物體所包含的「物質」或物質的量。它以公斤 (kg) 測量。無論你身處地球、月球，還是在太空中飄浮，你的質量都是一樣的。它從不改變。
- 重量是衡量地心吸力作用在物體質量上的力。因為它是一種力，所以以牛頓 (N) 測量。你的重量會改變！在月球上，地心吸力較弱，所以你的體重會輕很多，即使你的質量相同。
快速比較
質量：物體中的「物質」 | 在任何地方都一樣 | 以公斤測量
重量：地心吸力作用在「物質」上的力 | 隨地點改變 | 以牛頓測量
第三部分重點總結
萬有引力是把物體拉在一起的力。質量是你所包含的「物質」有多少，並且總是一樣的。重量是地心吸力作用在你質量上的力，會根據你的位置而改變。
4. 3… 2… 1… 發射升空！太空飛行的科學
讓我們運用所學的一切，來理解人類能做的最酷的事情之一：太空旅行！
擺脫地球的引力
要進入太空，火箭必須克服地球強大的地心吸力。它透過一種極強大的向上力來做到這一點，這種力稱為推力。
這種推力是作用力與反作用力的完美例子：
- 作用力：火箭的引擎以極高速向下噴射熱氣體。
- 反作用力：熱氣體以大小相等、方向相反的力向上推動火箭。
為速度而設計
當火箭穿過空氣向上飛行時，它必須對抗空氣阻力。為了使這更容易，火箭通常有尖頭和光滑、纖細的形狀。這就是所謂的流線型設計，它有助於火箭更省力地穿過空氣。
太空巡航
一旦太空船進入外太空，那裡幾乎沒有空氣，所以幾乎沒有摩擦力或空氣阻力來減慢它的速度。根據平衡力法則，運動中的物體將保持恆定速率運動。這意味著太空船可以關閉主引擎，只是在太空中滑翔！
安全返航
返回地球是件棘手的事。太空船移動速度極快。當它進入大氣層時，來自空氣的摩擦力（空氣阻力）極其巨大。這會減慢太空船的速度，但也產生大量的熱能。
太空船的設計旨在透過以下方式應對：
- 擁有特殊的隔熱罩，能夠承受高溫。
- 利用空氣阻力減速，然後展開降落傘，進一步減速以安全著陸。
第四部分重點總結
太空飛行完全是關於利用和克服力。火箭利用作用力與反作用力來產生推力以戰勝地心吸力。它們被設計成流線型以減少空氣阻力。在太空中，摩擦力很小，但返回地球需要特殊的設計來處理再進入大氣層時的強烈熱量和摩擦力。