牛頓如何想出第二運動定律-由早期運動的原因到力概念的出現

Herng Yao^1*

¹物理系, 國立台灣師範大學, 台北, Taiwan
²Department of Physics, National Taiwan Normal University, Taipei, Taiwan

* Presenter:Herng Yao, email:yao@phy.ntnu.edu.tw

物體的運動與原因一直是西方自然哲學探討的主題，早期認為運動原因來自於接觸作用，中世紀時則以不需靠接觸的形式概念-沖量-說明作等速直線運動的原因；笛卡兒續以固有力取代沖量來描述物體傾向保持原來運動狀態的原因；惠更斯繼之對作曲線運動物體總是朝向回到原先直線狀態的離心力，來解釋運動狀態改變的原因，並且首次成功地加以數學化，精確地表示出此改變原因的強度。
牛頓擴大發揮此種機械論數學化的方法，但在40歲後將運動改變原因的強度以向心力來代表，並結合固有力，以合力的位移闡述了克卜勒面積律，並證實橢圓運動的向心強度與距離平方成反比，奠定了萬有引力律的基礎。
最後在45歲時，牛頓放棄固有力觀點，將運動改變的原因完全歸因於單一外力作用，形成了日後物理學詮釋運動或變化的根本原因只有兩種:慣性與外力。

Keywords: 牛頓第二定律, 外力, 固有力, 向心力, 運動