基督复临安息日会青年荣誉解答手册/健康与科学/物理学

物理学
健康与科学 总会	技能等级2
	引入年份：1989年

目录

1. 定义下列术语

a. 物理学

物理学是处理物质、能量、运动、电荷和力的科学分支。

物理学始于观察。我们可以用我们的五感观察周围的世界，或者我们可以使用一些工具，例如天平、米尺或尺子、时钟或秒表，来提供更精确的测量。伽利略用他的脉搏来计时他的实验，但是秒表可以提高他测量的准确性。当物理学家观察更复杂的事件（例如原子加速器中亚原子粒子的碰撞）时，他们也会使用更复杂的工具。物理学最重要的工具是数学。你可以把数学看作是物理学的语言。

b. 质量

质量是与物质数量相关的物理量，根据牛顿第二运动定律与重量相关。

$Force=mass\cdot Acceleration$.

我们只有在尝试加速一个物体时才能知道它是否有质量。

$Mass={\frac {Force}{Acceleration}}$

如果我们在地球、月球和火星上用普通的浴室秤测量一个物体的质量，我们会发现它在地球上重量最大，在月球上重量最小。在每种情况下，质量都没有改变，但重量却发生了变化。这是因为每个行星的引力不同，但秤上的弹簧没有改变。因此，我们使用天平来确定物体的质量。

使用天平时，随着重力的变化，它对天平两侧的拉力是相等的。我们现在真正测量的是物体的质量，而不是它的重量。想象一下月球上的跷跷板。如果你的朋友比你重，那么你在月球上仍然会更轻，但是如果你和你的朋友在地球上保持平衡，那么你们在月球上的跷跷板仍然会保持平衡。

重量相当于牛顿第二运动定律中的力。你确实会感觉在月球上更轻，但你并没有损失任何质量，你只是简单地移动到不同的引力场或惯性参考系。

c. 功

功是能量的度量。如果我们推动一个重物，那么我们所做的功就是我们推动重物的力乘以我们推动重物的距离。

$Work=Force\cdot distance$

d. 力

力是对物体的影响，导致物体改变其运动状态——无论是速度还是运动方向。

e. 功率

功率是单位时间内消耗的能量。如果你能快速完成大量工作，那么你就使用了更大的功率。

$Power={\frac {(Work\ done)}{(time\ it\ took\ to\ do\ the\ work)}}$

f. 势能

势能是物体相对于其他物体位置的能量。例如，如果我在一定距离内将球举离地面，那么该球就有可能落到我举起它的那个距离。球的势能可以通过测量您克服球的质量所受重力将球举起的的高度来测量。

球的势能由以下关系给出

$E=m\cdot g\cdot h$

其中

• E = 能量
• m = 球的质量
• g = 重力加速度（地球上为 9.8 米/秒/秒）
• h = 我们举起球的高度

我们还将电池的储存能量视为势能。电池的能量以化学形式储存。当我们打开手电筒的开关时，它会以热和光的形式转化为动能。

g. 动能

动能是物体相对于其他物体的运动所具有的能量。动能最简单的形式与物体相对于观察者的速度有关。动能最复杂的形式可以是热量。

可以通过了解物体的两个方面来测量运动球的动能

1) 物体的质量。（使用天平确定。）

2) 物体的速度（测量其在一定距离内行进所需的时间） $velocity={\frac {distance}{time}}$

$\ Kinetic\ energy={\frac {1}{2}}\times (Mass\ of\ object)\times (Velocity\ of\ object)^{2}$

我们将其写成 $E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}$

h. 重力

重力是地球对物体的吸引力。根据牛顿第二运动定律

$The\ weight=(mass\ of\ object)\times (local\ acceleration\ of\ gravity)$

重力常被误认为是质量，但在重力更大的行星上，重力可能大得多，而在重力较小的行星上，重力可能小得多。另一方面，质量在两种情况下都是相同的。

i. 物质

物质是任何具有质量的东西。物质有四种状态：固态、液态、气态和等离子态。物理学家倾向于将宇宙划分为两大类

能量

物质

爱因斯坦证明了这两者之间存在关联（$E=mc^{2}$）。

j. 惯性

惯性是物质的一种特性，它会抵抗外力。根据牛顿第一运动定律，静止的物体倾向于保持静止状态，除非受到外力的作用。运动的物体倾向于保持运动状态，除非受到外力的作用。

k. 摩擦

摩擦是物体表面与另一个物体表面之间的摩擦。

在原子水平上，您可以将粗糙的表面想象成砂纸摩擦另一个表面。当两个表面处于静止状态时，一个表面的高点会嵌在另一个表面的低谷中，需要相当大的力才能使一个表面在另一个表面上移动。一旦它们开始运动，两个表面就会像滑雪者一样从一个峰到另一个峰弹跳，只碰到雪道的顶部。我们观察到，开始推动物体所需的能量比物体运动后保持运动所需的能量要多。

我们称这两种摩擦力为

1) 静摩擦

2) 动摩擦

我们因摩擦而损失的能量会转化为热量。将您的手掌在彼此之间来回摩擦。您的手会开始变暖，事实上，当天气寒冷时，这是一个很好的保暖方法。这种热量会给计算机风扇或汽车汽缸带来问题，因此使用轴承、油和润滑脂来帮助减少摩擦产生的热量和损坏。

l. 波

波可以用简谐运动来表示。

波是在不向前移动介质中粒子的情况下传播的前进扰动。

例如，在吉他弦中，弦会上下振动，但构成弦的粒子不会沿着弦水平移动。同样，如果您将鹅卵石扔进水中，水会上下起伏，波会从飞溅点向外扩散，但水面上并没有液体流动。

m. 重心

重心是指物体中所有重力似乎都来自的点。在均匀的重力场中，这个点与质量中心相同。

n. 指数记数法

指数记数法是一种数学记数法，它使处理非常大的数字或非常小的数字变得更容易。在物理学中，经常会遇到非常大的数字，例如一滴水中原子的数量或星系中恒星的数量。也可能遇到非常小的数字，例如普朗克常数 (0.0000000000000000000000000000000006626068 m²kg/s)。

我们通过去除零占位符来将数字写成科学记数法。

对于大数

$1\times 10^{9}$	$=$	$1,000,000,000$
$6.02\times 10^{23}$	$=$	$602,000,000,000,000,000,000,000$
$2.9979\times 10^{8}$	$=$	$299,790,000$

对于小数，指数为负数

$0.00001$	$=$	$1\times 10^{-5}$
$0.000000015$	$=$	$1.5\times 10^{-8}$
普朗克常数	$=$	$0.0000000000000000000000000000000006626068m^{2}kg/s$
	$=$	$6.626068\times 10^{-34}m^{2}kg/s$

指数告诉我们我们需要将小数点移动多少位。对于正指数，我们将其向右移动；对于负指数，我们将其向左移动。

指数记数法在许多计算器和编程语言中使用。×10 被字母 E 替换，因此我们将写 31E6 而不是 31×10⁶。

o. 绝对零度

绝对零度是理论上的最低温度，在此温度下，所有原子的运动都停止。

此最低温度为

0 开尔文 = -273.15° 摄氏度 = –459.67° 华氏度

麻省理工学院的一个团队在 2003 年测量了有史以来最低的温度。该温度为 450 皮开尔文。也就是 450x$10^{-12}$ 开尔文，或比绝对零度高 450 万亿分之一度。

p. 支点

杠杆原理告诉我们，如果 F₁D₁ = F₂D₂，则上述系统处于静态平衡状态，所有力都达到平衡。

支点是杠杆在移动物体时所依靠的支撑点。

通过改变负载与支点之间的距离，我们可以增加或减少称为杠杆的机器的机械优势。

跷跷板的中心支撑点是跷跷板的支点。

2. 什么是科学方法？如何利用科学方法研究圣经？

所有科学都始于观察。生物学家可能会观察一只鸟并描述其颜色或行为。化学家可能会注意到一种刺鼻的气味。物理学家可能会观察一个物体坠落。这些事件中的每一个都将是一个观察。我们使用我们的感官，或使用可以增强我们感官能力的机器。

观察会促使我们对事件提出一些基本问题。这些问题可以构成一个假设的基础。假设是科学家对可能解释观察结果的猜测。如果一个假设能够提出一个实验，可以用来证明或证伪我们对事物运作方式的想法，那么这个假设就最有用了。

我们进行实验来检验假设，这将导致更多的观察，然后我们重新开始整个过程。

我们可以将其概括为

当一个想法经过多次检验时，就被称为理论；如果它经过了如此彻底的检验，以至于我们确信它准确地描述了现象，它可能会被称为定律。

科学方法可以应用于任何研究领域，并且往往具有自我纠正的功能。错误无法长期存在——当其他人进行实验时，他们要么得到相同的结果，要么得到不同的结果。如果他们得到不同的结果，那么就需要更多的观察、假设和实验。

科学方法可以应用于任何研究领域，包括圣经研究。我们并不是在谈论将科学应用于圣经，尽管这可能非常有用。考古学随着每一次新的发现，都增加了我们对圣经世界的理解。

我们还可以将物理学应用于圣经，例如，圣经没有说圣所中的灯台有多高，但它确实告诉我们灯台及其用具的重量。出埃及记 25:39（一塔兰特的黄金体积约为 2 升）。我们可以利用我们对科学的知识（密度、拉伸强度等）来估计它的高度。

使用科学为故事增添了细节，但并没有增强圣经阅读的精神性。对基督徒来说，重要的不是了解圣经中的每一个数据，而是认识圣经中的神（约翰福音 17:3）。这需要了解神的品格，但也需要与神有个人互动（约翰福音 17:23）。考虑到这一点，有几种有用的方法可以使用科学方法来更多地了解神并增强我们与他的关系。

观察

科学的研究方法始于观察，在属灵世界中，有两种类型的观察

1) 基于文本的观察

我们观察圣经的文本，然后，以这种观察为起点，开始提出问题并将经文与经文进行比较以找到答案。

2) 基于生活的观察

我们观察我们自己或我们的家人和朋友的生活中的事件。这些观察导致我们提出问题。这些问题反过来又导致我们在圣经中寻找答案。然后，我们选择采取行动，要么接受圣经的劝告，要么拒绝它。

假设

当我们提出问题时，我们开始形成假设。一个好的假设会导致预测，这些预测可以通过实验来证明是正确的或错误的。

当我们在圣经研究中使用科学方法时，我们的观察导致我们创建一个假设。这个假设有助于创建一个框架，我们用它来研究圣经。例如，文本：“主说：‘我永不改变……’”在玛拉基书 3:6 中，可能被用来创建一个假设：“神是始终如一的”。然后，我们观察神的行为，看看这是不是真的。我们将搜索经文，将经文与经文进行比较，以找到更多神以一致的方式行动的例子。

这是庇哩亚的基督徒使用的方法

使徒行传 17:11
“庇哩亚人比帖撒罗尼迦人更有贵重的信心，他们甘心领受这道，天天考查圣经，要晓得这事是不是这样。”

我们每个人都有自己接受为真的假设。这些假设基于我们的训练和经历。我们过去的所有经历都指导着我们今天做出的假设。例如，如果某人与父亲的关系很糟糕，他们对天父的看法可能与那些与父亲关系很好的人不同。

我们不可能打开圣经而不带有我们用来过滤圣经的潜在假设。这些假设影响我们对文本的理解。认识我们自己的偏见可能很困难，但通过诚实地审视我们自己的潜在假设，我们可以开始更清晰地看待世界。

《独立宣言》的作者托马斯·杰斐逊认为耶稣是一个好人，我们可以从他身上学到道德。杰斐逊不相信圣经中关于奇迹的记载。他创造了通常被称为“杰斐逊圣经”的东西，方法是从马太福音、马可福音、路加福音和约翰福音中剪掉这些记载，并将剩下的部分整理成一个故事。

这个故事按时间顺序排列，包含了耶稣的大部分话语，但没有讲述天使报信他降生的故事，也没有谈论奇迹，也没有提到复活。托马斯·杰斐逊一开始的假设是所有这些事情都是，用他自己的话说，“无稽之谈”。

另一方面，马丁·路德相信圣经，包括整本圣经都是真实的，包括奇迹。路德如此坚信这一点，以至于他希望每个人都能用自己的语言阅读圣经的话语。因此，他将整本圣经翻译成德语。

杰斐逊和路德对圣经的完整真理有不同的假设。他们的假设使他们与神建立了完全不同的关系。正如你所看到的，我们开始圣经学习时的假设非常重要。

实验

当我们将科学方法应用于圣经研究时，我们发现有两种类型的实验

1) 应用实验

你将你的假设应用于现实生活中的情况。

通过将圣经文本付诸实践，我们可以看看我们的假设是否有效。例如，如果你阅读了玛拉基书 3:10 中的文本

玛拉基书 3:10
“你们要将当纳的十分之一全然送入仓库，使我家有粮，以此试验我，说：‘我若为你们敞开天窗，倾福与你们，甚至无处容纳，’ ”

你的假设可能是，如果你归还你的十分之一，神就会祝福你。如果你对这些想法采取行动并进行实验，你就可以发现它是否属实。

我们可能在箴言 25:21-22 中读到

箴言 25:21-22
“你的仇敌若饥饿，就给他饭吃；若渴了，就给他水喝。因为你这样行，就是把炭火堆在他的头上。耶和华必报答你。” 我们的假设可能是“与我们的敌人为善比与他们为恶更快地改变他们。”

那么我们的实验就是尝试以友好的方式对待班上的恶霸。

2) 圣经研究或调查实验

你采取庇哩亚人的方法，研究圣经，试图根据将经文与经文进行比较来验证或否定你的假设。

我们并不总是必须自己做实验。圣经可以被视为一系列“属灵”的实验。我们看到那些有信心并坚持正义的人，我们看到那些反复失败但又回到神身边的人。我们看到其他人完全拒绝了神。每一个故事都是一个属灵的实验。人生太短，无法独自犯下所有错误；因此，像圣经这样的书籍可以帮助我们了解我们应该如何生活才能过上属灵成功的生命。它也展示了那些失败的人，以便我们知道什么行为会使我们远离神。

当你发现圣经中的一个属灵原则时，你可以通过将经文与经文进行比较，找到在族长、君王、先知和使徒的生活中进行的实验。

第七日安息日教会的一个独特的信息是，耶稣和撒旦之间存在一场“争战”。（约伯记 1）我们从经文中看到，神是舍己的爱（约翰福音 3:16，约翰一书 4:8），而撒旦则以自爱为特征（以赛亚书 14:12-14）。我们可以使用这个“假设框架”来研究经文。在每一个圣经故事中，你如何看待善的力量与恶的力量在斗争？这教你什么关于神对他儿女的爱，更具体地说，他对你的爱？

一旦你完成了实验或研究了做过实验的人，然后你再看看你的假设。你的实验结果是否支持你的假设？如果是，你的假设可能是有效的，如果不是，改变你的假设并重新开始实验和评估过程。

假设的框架形成了我们的信念，一旦我们对我们的信念更有把握，我们就会开始采取行动。我们的行动将由我们潜在的假设塑造。

3. 什么是对照实验？

对照实验是一个你试图消除可能影响结果的其他因素的实验。让我们看看最著名的物理学实验之一，也可能是历史上最重要的实验之一。它将说明我们如何处理和控制变量。这个实验是由一位名叫伽利略·伽利雷的意大利科学家完成的。

近2000年来，人们一直相信哲学家亚里士多德的说法，即较重的物体比较轻的物体下落得快。在伽利略的时代，还没有科学方法，所以人们根据亚里士多德的权威来相信他。亚里士多德的观点不仅仅是一个假设，在人们的观念中，这被认为是物理学定律。

伽利略对这条定律提出了质疑。很明显，羽毛确实比锤子下落得慢，但他假设这是因为空气阻力阻止了羽毛以最大速度下落。他没有像亚里士多德那样认为运动的物体倾向于静止，而是认为可能有什么东西阻碍了物体的运动，“摩擦力”减缓了物体的速度。

伽利略可能没有从比萨斜塔上扔下物体，但他确实用斜面或斜坡进行了实验，让物体沿着斜坡滚下。这使得他能够减缓下落的速度，从而最大程度地减少“空气摩擦”。他能够确定物体正在加速，并且质量不会影响加速度。

伽利略能够消除“空气摩擦”变量，这使他能够“观察”到落体运动的潜在物理原理。他于1638年在他的著作《关于两门新科学的对话与数学证明》（Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze）中发表了他的理论。

在设计实验时，你应该尝试找出哪些变量可能会影响实验，然后尝试消除这些变量。有时，变量直到第一个或第二个实验之后才会被发现。伽利略的假设是空气正在影响落体。

做一个演示，同时放下一张纸和一本书。让学生假设哪一个先着地，然后进行实验。他们的假设正确吗？

现在用揉皱的纸做同样的实验。

发生了什么？

为什么？

现在是做下面问题10中实验的好时机。

4. 解释阿尔伯特·爱因斯坦的$E=mc^{2}$方程中的各个项。

阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论发表於1905年6月30日。狭义相对论的大部分内容都与运动物体之间传递的光的关系有关。

虽然光是一种波现象，但1887年的迈克尔逊-莫雷实验表明，光在太空中传播不需要介质。

E - 是能量的符号。

能量是功的单位，在MKS制中，它是$Kg\cdot M^{2}/sec^{2}$，称为瓦特。

在CGS制中，它是$g\cdot m^{2}/sec^{2}$，称为尔格。能量可以以

热的形式存在，在谈论热量时，用卡路里或千卡路里来衡量。卡路里的测量方法是

通过在量热器中测量水的温度变化来实现，方法是向系统中加入热量。1卡路里的热量

可以使1克水升高1摄氏度。为了说明机械能或功与

热能的关系，在量热器中转动桨叶并测量温度变化。

m - 是粒子的静止质量。

这个质量可以用千克或克来衡量。

c - 是光速。

C代表celeritas，拉丁语意为“迅速”，用于表示光速。

299,792,458米/秒或186,282.397英里/秒

2 - c右边的2表示对一个数进行平方运算。

我们通过将一个数乘以自身来对它进行平方。在这个方程中，我们对一个非常大的数进行平方，得到一个非常非常大的数：$299792458m/sec\cdot 299792458m/sec=8.98755179\times 10^{16}m/sec^{2}$

这个方程表明，质量和能量是可以相互转换的。质量可以转化为能量，能量也可以转化为质量。在爱因斯坦之前，有两个物理学定律

物质守恒定律 - 这个定律指出，物质粒子既不会被创造也不会被消灭

能量守恒定律 - 这个定律指出，能量既不会被创造也不会被消灭，它只是形式发生变化

方程$E=mc^{2}$表明只有一个定律

质量和能量守恒定律 - 质量和能量既不会被创造也不会被消灭

直到1938年，莉泽·迈特纳和奥托·哈恩才能够裂变原子核并观察到能量释放。释放的能量根据爱因斯坦的方程对应于质量损失。

研究表明，具有较大原子核的原子可以分裂成两部分，并发射伽马射线。如果将这两部分的质量加起来，会发现有些质量消失了。伽马射线没有质量，只有能量，但如果我们使用爱因斯坦的方程，这个能量相当于丢失的质量。

当我们谈论非常高能量的粒子，如伽马射线时，我们经常会看到伽马射线变成一对粒子，然后又结合成伽马射线。

能量为1.022兆电子伏特（百万电子伏特）的伽马射线可以自发地形成一个电子-反电子（正电子）对。每个粒子都有质量，相当于0.511兆电子伏特的能量，一个带正电荷，一个带负电荷。由于一个是带负电荷的，一个是带正电荷的，因此它们很可能相互吸引并重新结合，再次形成伽马射线。伽马射线不带电荷也不具有质量。

5. 你所在的地方使用什么质量、长度和时间的计量单位？

计量单位

计量系统	长度	质量	时间
英制	英尺	斯勒格	秒
国际单位制	米	千克	秒
公制（MKS制）	米	千克	秒
公制（CGS制）	厘米	克	秒

世界上大多数国家都使用国际单位制（SI或Système International d'Unités）进行所有测量。只有美国、缅甸、利比里亚和少数其他国家在大多数活动中使用英制。

从科学的角度来看，英制在任何一个技术先进的国家仍然在使用，这非常令人惊讶。它在美国的使用导致了1999年美国宇航局火星轨道器任务的灾难性失败。价值1.25亿美元的火星轨道器丢失，原因是洛克希德·马丁工程团队使用了英制单位，而美国宇航局团队则使用了公制单位进行航天器导航。

许多人认为磅是英制质量单位。它实际上是力的单位。通过继续将磅转换为千克，我们进一步混淆了力单位和质量单位之间的区别。

6. 圣经中时间预言使用什么计量单位？可以在哪本书、哪一章、哪一节经文中找到这些单位？

圣经中有两个地方用一天代表一年。

以西结书 4:6
你做完了这些事以后，要侧卧在你的右边，担当犹大家的罪孽。我已定规让你担当四十天，一年一天。

民数记 14:34
你们要担当你们的罪孽，知道我的反对，并且在旷野漂流四十年，一年代表你们窥探地的四十天。

这在但以理的预言中被使用，特别是但以理书 8:14。

但以理书 8:14
他对我说：“要到二千三百个晚上和早晨，圣所就必洁净。”

艾萨克·牛顿被认为是最伟大的物理学家之一，但很少有人记得他将更多的时间用于圣经和炼金术的研究，而不是物理学的研究，并且在《论但以理书和圣约翰启示录的预言》中，他写道

“圣所和祭司被践踏了2300天；在但以理的预言中，日代表年：但安提阿库斯统治时期圣殿的亵渎并没有持续那么多的自然日。这些要持续到末时，直到对犹太人的愤怒的最后结束；而这种愤怒还没有结束。它们要持续到被拆毁的圣所被洁净，而圣所还没有被洁净。”

7. 列出牛顿的三大运动定律。

第一定律

静止的物体将保持静止，运动的物体将保持运动状态，除非受到外力的作用。

实验- 你可以在物理荣誉的第8个问题中做实验来演示惯性。

第二定律

物体的加速度与其所受合外力成正比；这写成$F=mA$。

实验- 使用塑料勺和棉花糖、坚果、苹果或其他物体来演示相同的力（勺子的弯曲）如何使质量不同的物体加速不同的距离。

如何确保每次都获得相同的力？

物体的质量是否会影响其运动距离？

质量是否会影响物体的速度？

实验- 将一个鱼鳞连接到一个小重量上，看看如果缓慢或快速拉动重量时，你会得到什么测量值。

第三定律

对于每一个作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力。

如果我推你，那么你也会用相同的力量推我，但方向相反。

实验- 你可以在物理荣誉的第9个问题中做实验来演示作用-反作用原理。

8. 使用桌布和几本厚重的书，演示牛顿的第一运动定律。

理论-

静止的物体将保持静止，运动的物体将保持运动状态，除非受到外力的作用。

材料-

桌子

桌布

书籍（各种尺寸）

方法-

在这个实验中，我们将把桌布铺在桌子上，然后把书放在桌布上。

问题-

如果你试图慢慢拉动桌布会发生什么？

如果你试图快速拉动桌布会发生什么？

如果书很轻会发生什么？

桌布的类型有关系吗？如果它像丝绸一样光滑？或者像砂纸一样粗糙？

这个实验告诉我们关于牛顿第一运动定律的什么？

我还能做哪些其他实验来证明或反驳牛顿第一运动定律？

属灵应用-

我们都抵制生活中的变化。我们对现状感到舒适。有时，缓慢而持续的推动可以克服我们的惰性，让我们在属灵上朝着正确的方向前进。

9. 使用充气气球，演示牛顿的第三运动定律。

理论-

对于每一个作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力。

想象一下，你在太空中（没有摩擦力让你固定在某个位置）拿着一个砖块。如果你扔掉砖块，砖块会远离你的初始位置，但你也会远离你的初始位置（你的速度会比砖块慢，因为你比砖块重得多）。火箭用废气的分子做同样的事情。分子非常轻，但速度非常快，因此可以将火箭加速到非常高的速度。

材料

气球（这是你的火箭）

吸管

胶带

绳子

纸

剪刀

方法

尽可能少地提供指导。让学习的精神指引。

可以通过查看哪个团队可以让气球飞到特定的目标来促进两个或多个团队之间的竞争。

一旦一个团队找到了引导气球的方法，你就可以让各个团队之间进行比赛。

问题

如果你吹起一个气球，然后在不打结的情况下放开，会发生什么？

这是否符合牛顿第三运动定律？

如何让气球飞到你想要的地方？（引导气球？）

什么提供了力？

属灵应用

当上帝行动时，宇宙就会做出反应。我们在创世记中反复看到这一点。上帝说话，万物就出现。他说：“要有光”，就有了光。“对于每一个作用力，都有一个反作用力”。

10. 通过同时从七英尺高的地方掉落两个塑料饮料瓶（一个装满水，另一个半满）来演示伽利略的落体实验。记录结果，并从该实验中得出属灵的应用。

理论

地球吸引着所有东西。我们用一个大G来表示牛顿引力，它代表万有引力常数（在MKS单位中，它的值为6.67x$10^{-11}m^{3}/(kgS^{2})$，并写出方程

$F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}$

物体的质量越大，作用在其上的力就越大，这个额外的力正好抵消了物体的惯性，所以我们可以看到，无论物体的大小如何，它都会受到由小g表示的相同的重力加速度。在地球上，我们将$m_{1}=$设为地球的质量，$m_{2}=$设为物体的质量，我们称之为m：然后我们可以根据牛顿第一运动定律将重力设为ma。

$F=G{\frac {m_{e}m}{r^{2}}}=ma$

注意，我们在等式的两边都有m。所以m被完全抵消了，留给我们的是

$a=G{\frac {m_{e}}{r^{2}}}$

G是常数，地球的质量$M_{e}$是常数，并且在地球表面附近，到地心的距离变化不大，所以$r^{2}$几乎是一个常数。这意味着a等于一个常数。我们将这个常数称为地球表面附近的重力加速度，并用符号g表示，g=9.8M/$sec^{2}$。

$x={\frac {1}{2}}gt^{2}$

注意，在描述物体在引力场中加速度的方程中，没有指明质量。

材料

塑料饮料瓶

水

方法

让学生丢下塑料饮料瓶，并判断哪个先落地。其中一个瓶子装半瓶水，另一个装满水。确保瓶盖拧紧。

问题

哪个瓶子先落地？

如果瓶子完全空了会发生什么？为什么？

属灵应用

从属灵的角度来说，我们都被耶稣十字架上展现的大G（上帝的恩典）所吸引。无论我们生命中有多少罪，耶稣的十字架都平等地吸引我们，并战胜所有罪，无论我们生命中有多少罪。在基督里，无论我们过去多么糟糕，我们都是无罪的。

伽利略能够凭着信心认定空气阻力阻碍了轻小物体的下落，例如羽毛，这也是亚里士多德认为较重的物体下落速度更快的原因。他想象了一个没有空气阻力的世界，因此能够看到潜在的物理学原理。当我们展望天国，想象一个没有痛苦、疾病和死亡的世界时，我们必须依靠信心。

11. 通过仅使用锤子拔出深深钉入木板的大钉子，演示杠杆的机械优势。使用锤子和一块靠近钉子、位于锤头下的小木块拔出第二个钉子。注意使用锤子在木块（支点）上不同位置拔钉所需的力差异，并从该实验中得出属灵应用。

理论-

简单机械用于创造机械优势。它们通过减少完成工作所需的力来做到这一点。机械列表通常包括以下机器

斜面 - 将负载推上斜坡比直接将其提升所需的力要小。

轮轴 - 轮子可以说是最重要的机器。它减少了摩擦力的数量。

杠杆 - 由支点或枢轴点和一根长而坚硬的杆或梁组成。我们提升的物体越靠近支点，就越容易（我们拥有的机械优势越大）。

滑轮 - 是一种与绳索一起使用的轮子，用于改变力的方向。多个滑轮可以一起使用以创建滑轮组，从而增加机械优势。

楔子 - 这台机器只是两个斜面，但通常包含在内，因为它非常有用。

螺丝 - 这只是一个圆形斜面，但因为它将旋转力转换为线性力，所以几乎总包含在简单机械列表中。

这里研究的机器是简单的杠杆。锤柄是杠杆臂，锤头的曲线形成支点。锤子的爪子也是一个楔子或斜面。有时您会使用锤子、撬棍、拔钉器或另一个锤子将爪子楔入钉头下方。

杠杆利用了扭矩或旋转力的物理原理。扭矩 = 力 * 距离。

材料 - 锤子、钉子、至少 2 英尺长的 2x4 木材、一小块木块

方法 - 将一些大钉子（16 钉会效果很好）钉入 2x4 木材的一半，让学生尝试拔钉。然后演示如何放置木块充当支点。让学生重复使用木块进行实验。

问题-

从描述或演示理论部分中描述的各种机器开始。然后问学生“锤子是什么类型的机器”？

锤子的支点在哪里？

使用木块时，支点在哪里？

哪种方式更容易？

支点与木块的距离有多近有什么区别？

你握锤子的位置有什么区别？靠近锤头还是在手柄末端更容易？

属灵应用示例 - 如果我们让杠杆的支点代表耶稣，那么我们越靠近耶稣，提升到更高属灵境界就越容易。

参考文献

《$E=mc^{2}$》背后的团队
对$E=mc^{2}$的更多解释
牛顿运动定律
伽利略落体实验
伽利略落体模拟器
杠杆
阿基米德可以用杠杆移动地球吗？
简单机械
绝对零度
物理常数

关于作者

罗德尼·伊斯特在伊利诺伊州格伦埃林的一个探险者俱乐部工作，从9岁起就开始参与探险者活动，当时他的祖母通过让他学习星标让他接触到了星空。

他在成长过程中学习了所有他能找到的天文学知识，最终从太平洋联合学院毕业，获得物理学学士学位，并以天文学为重点。

他现在在阿贡国家实验室先进光子源的信息技术部门工作。

罗德尼和斯蒂芬妮·伊斯特制作了一部名为《"为什么打结，绳结、绳索和绳索连接的介绍"》的 DVD，以帮助教授打结荣誉。这部视频可以通过福音资源获得。