基督復臨安息日會青年榮譽解答手冊/健康與科學/物理學

物理學
健康與科學 總會	技能等級2
	引入年份：1989年

目錄

1. 定義下列術語

a. 物理學

物理學是處理物質、能量、運動、電荷和力的科學分支。

物理學始於觀察。我們可以用我們的五感觀察周圍的世界，或者我們可以使用一些工具，例如天平、米尺或尺子、時鐘或秒錶，來提供更精確的測量。伽利略用他的脈搏來計時他的實驗，但是秒錶可以提高他測量的準確性。當物理學家觀察更復雜的事件（例如原子加速器中亞原子粒子的碰撞）時，他們也會使用更復雜的工具。物理學最重要的工具是數學。你可以把數學看作是物理學的語言。

b. 質量

質量是與物質數量相關的物理量，根據牛頓第二運動定律與重量相關。

$Force=mass\cdot Acceleration$.

我們只有在嘗試加速一個物體時才能知道它是否有質量。

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

如果我們在地球、月球和火星上用普通的浴室秤測量一個物體的質量，我們會發現它在地球上重量最大，在月球上重量最小。在每種情況下，質量都沒有改變，但重量卻發生了變化。這是因為每個行星的引力不同，但秤上的彈簧沒有改變。因此，我們使用天平來確定物體的質量。

使用天平時，隨著重力的變化，它對天平兩側的拉力是相等的。我們現在真正測量的是物體的質量，而不是它的重量。想象一下月球上的蹺蹺板。如果你的朋友比你重，那麼你在月球上仍然會更輕，但是如果你和你的朋友在地球上保持平衡，那麼你們在月球上的蹺蹺板仍然會保持平衡。

重量相當於牛頓第二運動定律中的力。你確實會感覺在月球上更輕，但你並沒有損失任何質量，你只是簡單地移動到不同的引力場或慣性參考系。

c. 功

功是能量的度量。如果我們推動一個重物，那麼我們所做的功就是我們推動重物的力乘以我們推動重物的距離。

$Work=Force\cdot distance$

d. 力

力是對物體的影響，導致物體改變其運動狀態——無論是速度還是運動方向。

e. 功率

功率是單位時間內消耗的能量。如果你能快速完成大量工作，那麼你就使用了更大的功率。

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

f. 勢能

勢能是物體相對於其他物體位置的能量。例如，如果我在一定距離內將球舉離地面，那麼該球就有可能落到我舉起它的那個距離。球的勢能可以透過測量您克服球的質量所受重力將球舉起的的高度來測量。

球的勢能由以下關係給出

$E=m\cdot g\cdot h$

其中

• E = 能量
• m = 球的質量
• g = 重力加速度（地球上為 9.8 米/秒/秒）
• h = 我們舉起球的高度

我們還將電池的儲存能量視為勢能。電池的能量以化學形式儲存。當我們開啟手電筒的開關時，它會以熱和光的形式轉化為動能。

g. 動能

動能是物體相對於其他物體的運動所具有的能量。動能最簡單的形式與物體相對於觀察者的速度有關。動能最複雜的形式可以是熱量。

可以通過了解物體的兩個方面來測量運動球的動能

1) 物體的質量。（使用天平確定。）

2) 物體的速度（測量其在一定距離內行進所需的時間） $velocity={\frac {distance}{time}}$

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

我們將其寫成 $E_{k}={\frac {1}{2}}mv^{2}$

h. 重力

重力是地球對物體的吸引力。根據牛頓第二運動定律

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

重力常被誤認為是質量，但在重力更大的行星上，重力可能大得多，而在重力較小的行星上，重力可能小得多。另一方面，質量在兩種情況下都是相同的。

i. 物質

物質是任何具有質量的東西。物質有四種狀態：固態、液態、氣態和等離子態。物理學家傾向於將宇宙劃分為兩大類

能量

物質

愛因斯坦證明了這兩者之間存在關聯（$E=mc^{2}$）。

j. 慣性

慣性是物質的一種特性，它會抵抗外力。根據牛頓第一運動定律，靜止的物體傾向於保持靜止狀態，除非受到外力的作用。運動的物體傾向於保持運動狀態，除非受到外力的作用。

k. 摩擦

摩擦是物體表面與另一個物體表面之間的摩擦。

在原子水平上，您可以將粗糙的表面想象成砂紙摩擦另一個表面。當兩個表面處於靜止狀態時，一個表面的高點會嵌在另一個表面的低谷中，需要相當大的力才能使一個表面在另一個表面上移動。一旦它們開始運動，兩個表面就會像滑雪者一樣從一個峰到另一個峰彈跳，只碰到雪道的頂部。我們觀察到，開始推動物體所需的能量比物體運動後保持運動所需的能量要多。

我們稱這兩種摩擦力為

1) 靜摩擦

2) 動摩擦

我們因摩擦而損失的能量會轉化為熱量。將您的手掌在彼此之間來回摩擦。您的手會開始變暖，事實上，當天氣寒冷時，這是一個很好的保暖方法。這種熱量會給計算機風扇或汽車汽缸帶來問題，因此使用軸承、油和潤滑脂來幫助減少摩擦產生的熱量和損壞。

l. 波

波可以用簡諧運動來表示。

波是在不向前移動介質中粒子的情況下傳播的前進擾動。

例如，在吉他弦中，弦會上下振動，但構成弦的粒子不會沿著弦水平移動。同樣，如果您將鵝卵石扔進水中，水會上下起伏，波會從飛濺點向外擴散，但水面上並沒有液體流動。

m. 重心

重心是指物體中所有重力似乎都來自的點。在均勻的重力場中，這個點與質量中心相同。

n. 指數記數法

指數記數法是一種數學記數法，它使處理非常大的數字或非常小的數字變得更容易。在物理學中，經常會遇到非常大的數字，例如一滴水中原子的數量或星系中恆星的數量。也可能遇到非常小的數字，例如普朗克常數 (0.0000000000000000000000000000000006626068 m²kg/s)。

我們透過去除零佔位符來將數字寫成科學記數法。

對於大數

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

對於小數，指數為負數

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

指數告訴我們我們需要將小數點移動多少位。對於正指數，我們將其向右移動；對於負指數，我們將其向左移動。

指數記數法在許多計算器和程式語言中使用。×10 被字母 E 替換，因此我們將寫 31E6 而不是 31×10⁶。

o. 絕對零度

絕對零度是理論上的最低溫度，在此溫度下，所有原子的運動都停止。

此最低溫度為

0 開爾文 = -273.15° 攝氏度 = –459.67° 華氏度

麻省理工學院的一個團隊在 2003 年測量了有史以來最低的溫度。該溫度為 450 皮開爾文。也就是 450x$10^{-12}$ 開爾文，或比絕對零度高 450 萬億分之一度。

p. 支點

槓桿原理告訴我們，如果 F₁D₁ = F₂D₂，則上述系統處於靜態平衡狀態，所有力都達到平衡。

支點是槓桿在移動物體時所依靠的支撐點。

透過改變負載與支點之間的距離，我們可以增加或減少稱為槓桿的機器的機械優勢。

蹺蹺板的中心支撐點是蹺蹺板的支點。

2. 什麼是科學方法？如何利用科學方法研究聖經？

所有科學都始於觀察。生物學家可能會觀察一隻鳥並描述其顏色或行為。化學家可能會注意到一種刺鼻的氣味。物理學家可能會觀察一個物體墜落。這些事件中的每一個都將是一個觀察。我們使用我們的感官，或使用可以增強我們感官能力的機器。

觀察會促使我們對事件提出一些基本問題。這些問題可以構成一個假設的基礎。假設是科學家對可能解釋觀察結果的猜測。如果一個假設能夠提出一個實驗，可以用來證明或證偽我們對事物運作方式的想法，那麼這個假設就最有用了。

我們進行實驗來檢驗假設，這將導致更多的觀察，然後我們重新開始整個過程。

我們可以將其概括為

當一個想法經過多次檢驗時，就被稱為理論；如果它經過了如此徹底的檢驗，以至於我們確信它準確地描述了現象，它可能會被稱為定律。

科學方法可以應用於任何研究領域，並且往往具有自我糾正的功能。錯誤無法長期存在——當其他人進行實驗時，他們要麼得到相同的結果，要麼得到不同的結果。如果他們得到不同的結果，那麼就需要更多的觀察、假設和實驗。

科學方法可以應用於任何研究領域，包括聖經研究。我們並不是在談論將科學應用於聖經，儘管這可能非常有用。考古學隨著每一次新的發現，都增加了我們對聖經世界的理解。

我們還可以將物理學應用於聖經，例如，聖經沒有說聖所中的燈臺有多高，但它確實告訴我們燈臺及其用具的重量。出埃及記 25:39（一塔蘭特的黃金體積約為 2 升）。我們可以利用我們對科學的知識（密度、拉伸強度等）來估計它的高度。

使用科學為故事增添了細節，但並沒有增強聖經閱讀的精神性。對基督徒來說，重要的不是瞭解聖經中的每一個數據，而是認識聖經中的神（約翰福音 17:3）。這需要了解神的品格，但也需要與神有個人互動（約翰福音 17:23）。考慮到這一點，有幾種有用的方法可以使用科學方法來更多地瞭解神並增強我們與他的關係。

觀察

科學的研究方法始於觀察，在屬靈世界中，有兩種型別的觀察

1) 基於文字的觀察

我們觀察聖經的文字，然後，以這種觀察為起點，開始提出問題並將經文與經文進行比較以找到答案。

2) 基於生活的觀察

我們觀察我們自己或我們的家人和朋友的生活中的事件。這些觀察導致我們提出問題。這些問題反過來又導致我們在聖經中尋找答案。然後，我們選擇採取行動，要麼接受聖經的勸告，要麼拒絕它。

假設

當我們提出問題時，我們開始形成假設。一個好的假設會導致預測，這些預測可以透過實驗來證明是正確的或錯誤的。

當我們在聖經研究中使用科學方法時，我們的觀察導致我們建立一個假設。這個假設有助於建立一個框架，我們用它來研究聖經。例如，文字：“主說：‘我永不改變……’”在瑪拉基書 3:6 中，可能被用來建立一個假設：“神是始終如一的”。然後，我們觀察神的行為，看看這是不是真的。我們將搜尋經文，將經文與經文進行比較，以找到更多神以一致的方式行動的例子。

這是庇哩亞的基督徒使用的方法

使徒行傳 17:11
“庇哩亞人比帖撒羅尼迦人更有貴重的信心，他們甘心領受這道，天天考查聖經，要曉得這事是不是這樣。”

我們每個人都有自己接受為真的假設。這些假設基於我們的訓練和經歷。我們過去的所有經歷都指導著我們今天做出的假設。例如，如果某人與父親的關係很糟糕，他們對天父的看法可能與那些與父親關係很好的人不同。

我們不可能開啟聖經而不帶有我們用來過濾聖經的潛在假設。這些假設影響我們對文字的理解。認識我們自己的偏見可能很困難，但透過誠實地審視我們自己的潛在假設，我們可以開始更清晰地看待世界。

《獨立宣言》的作者托馬斯·傑斐遜認為耶穌是一個好人，我們可以從他身上學到道德。傑斐遜不相信聖經中關於奇蹟的記載。他創造了通常被稱為“傑斐遜聖經”的東西，方法是從馬太福音、馬可福音、路加福音和約翰福音中剪掉這些記載，並將剩下的部分整理成一個故事。

這個故事按時間順序排列，包含了耶穌的大部分話語，但沒有講述天使報信他降生的故事，也沒有談論奇蹟，也沒有提到復活。托馬斯·傑斐遜一開始的假設是所有這些事情都是，用他自己的話說，“無稽之談”。

另一方面，馬丁·路德相信聖經，包括整本聖經都是真實的，包括奇蹟。路德如此堅信這一點，以至於他希望每個人都能用自己的語言閱讀聖經的話語。因此，他將整本聖經翻譯成德語。

傑斐遜和路德對聖經的完整真理有不同的假設。他們的假設使他們與神建立了完全不同的關係。正如你所看到的，我們開始聖經學習時的假設非常重要。

實驗

當我們將科學方法應用於聖經研究時，我們發現有兩種型別的實驗

1) 應用實驗

你將你的假設應用於現實生活中的情況。

透過將聖經文字付諸實踐，我們可以看看我們的假設是否有效。例如，如果你閱讀了瑪拉基書 3:10 中的文字

瑪拉基書 3:10
“你們要將當納的十分之一全然送入倉庫，使我家有糧，以此試驗我，說：‘我若為你們敞開天窗，傾福與你們，甚至無處容納，’ ”

你的假設可能是，如果你歸還你的十分之一，神就會祝福你。如果你對這些想法採取行動並進行實驗，你就可以發現它是否屬實。

我們可能在箴言 25:21-22 中讀到

箴言 25:21-22
“你的仇敵若飢餓，就給他飯吃；若渴了，就給他水喝。因為你這樣行，就是把炭火堆在他的頭上。耶和華必報答你。” 我們的假設可能是“與我們的敵人為善比與他們為惡更快地改變他們。”

那麼我們的實驗就是嘗試以友好的方式對待班上的惡霸。

2) 聖經研究或調查實驗

你採取庇哩亞人的方法，研究聖經，試圖根據將經文與經文進行比較來驗證或否定你的假設。

我們並不總是必須自己做實驗。聖經可以被視為一系列“屬靈”的實驗。我們看到那些有信心並堅持正義的人，我們看到那些反覆失敗但又回到神身邊的人。我們看到其他人完全拒絕了神。每一個故事都是一個屬靈的實驗。人生太短，無法獨自犯下所有錯誤；因此，像聖經這樣的書籍可以幫助我們瞭解我們應該如何生活才能過上屬靈成功的生命。它也展示了那些失敗的人，以便我們知道什麼行為會使我們遠離神。

當你發現聖經中的一個屬靈原則時，你可以透過將經文與經文進行比較，找到在族長、君王、先知和使徒的生活中進行的實驗。

第七日安息日教會的一個獨特的資訊是，耶穌和撒旦之間存在一場“爭戰”。（約伯記 1）我們從經文中看到，神是捨己的愛（約翰福音 3:16，約翰一書 4:8），而撒旦則以自愛為特徵（以賽亞書 14:12-14）。我們可以使用這個“假設框架”來研究經文。在每一個聖經故事中，你如何看待善的力量與惡的力量在鬥爭？這教你什麼關於神對他兒女的愛，更具體地說，他對你的愛？

一旦你完成了實驗或研究了做過實驗的人，然後你再看看你的假設。你的實驗結果是否支援你的假設？如果是，你的假設可能是有效的，如果不是，改變你的假設並重新開始實驗和評估過程。

假設的框架形成了我們的信念，一旦我們對我們的信念更有把握，我們就會開始採取行動。我們的行動將由我們潛在的假設塑造。

3. 什麼是對照實驗？

對照實驗是一個你試圖消除可能影響結果的其他因素的實驗。讓我們看看最著名的物理學實驗之一，也可能是歷史上最重要的實驗之一。它將說明我們如何處理和控制變數。這個實驗是由一位名叫伽利略·伽利雷的義大利科學家完成的。

近2000年來，人們一直相信哲學家亞里士多德的說法，即較重的物體比較輕的物體下落得快。在伽利略的時代，還沒有科學方法，所以人們根據亞里士多德的權威來相信他。亞里士多德的觀點不僅僅是一個假設，在人們的觀念中，這被認為是物理學定律。

伽利略對這條定律提出了質疑。很明顯，羽毛確實比錘子下落得慢，但他假設這是因為空氣阻力阻止了羽毛以最大速度下落。他沒有像亞里士多德那樣認為運動的物體傾向於靜止，而是認為可能有什麼東西阻礙了物體的運動，“摩擦力”減緩了物體的速度。

伽利略可能沒有從比薩斜塔上扔下物體，但他確實用斜面或斜坡進行了實驗，讓物體沿著斜坡滾下。這使得他能夠減緩下落的速度，從而最大程度地減少“空氣摩擦”。他能夠確定物體正在加速，並且質量不會影響加速度。

伽利略能夠消除“空氣摩擦”變數，這使他能夠“觀察”到落體運動的潛在物理原理。他於1638年在他的著作《關於兩門新科學的對話與數學證明》（Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze）中發表了他的理論。

在設計實驗時，你應該嘗試找出哪些變數可能會影響實驗，然後嘗試消除這些變數。有時，變數直到第一個或第二個實驗之後才會被發現。伽利略的假設是空氣正在影響落體。

做一個演示，同時放下一張紙和一本書。讓學生假設哪一個先著地，然後進行實驗。他們的假設正確嗎？

現在用揉皺的紙做同樣的實驗。

發生了什麼？

為什麼？

現在是做下面問題10中實驗的好時機。

4. 解釋阿爾伯特·愛因斯坦的$E=mc^{2}$方程中的各個項。

阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論發表於1905年6月30日。狹義相對論的大部分內容都與運動物體之間傳遞的光的關係有關。

雖然光是一種波現象，但1887年的邁克爾遜-莫雷實驗表明，光在太空中傳播不需要介質。

E - 是能量的符號。

能量是功的單位，在MKS制中，它是$Kg\cdot M^{2}/sec^{2}$，稱為瓦特。

在CGS制中，它是$g\cdot m^{2}/sec^{2}$，稱為爾格。能量可以以

熱的形式存在，在談論熱量時，用卡路里或千卡路里來衡量。卡路里的測量方法是

透過在量熱器中測量水的溫度變化來實現，方法是向系統中加入熱量。1卡路里的熱量

可以使1克水升高1攝氏度。為了說明機械能或功與

熱能的關係，在量熱器中轉動槳葉並測量溫度變化。

m - 是粒子的靜止質量。

這個質量可以用千克或克來衡量。

c - 是光速。

C代表celeritas，拉丁語意為“迅速”，用於表示光速。

299,792,458米/秒或186,282.397英里/秒

2 - c右邊的2表示對一個數進行平方運算。

我們透過將一個數乘以自身來對它進行平方。在這個方程中，我們對一個非常大的數進行平方，得到一個非常非常大的數：$299792458m/sec\cdot 299792458m/sec=8.98755179\times 10^{16}m/sec^{2}$

這個方程表明，質量和能量是可以相互轉換的。質量可以轉化為能量，能量也可以轉化為質量。在愛因斯坦之前，有兩個物理學定律

物質守恆定律 - 這個定律指出，物質粒子既不會被創造也不會被消滅

能量守恆定律 - 這個定律指出，能量既不會被創造也不會被消滅，它只是形式發生變化

方程$E=mc^{2}$表明只有一個定律

質量和能量守恆定律 - 質量和能量既不會被創造也不會被消滅

直到1938年，莉澤·邁特納和奧托·哈恩才能夠裂變原子核並觀察到能量釋放。釋放的能量根據愛因斯坦的方程對應於質量損失。

研究表明，具有較大原子核的原子可以分裂成兩部分，併發射伽馬射線。如果將這兩部分的質量加起來，會發現有些質量消失了。伽馬射線沒有質量，只有能量，但如果我們使用愛因斯坦的方程，這個能量相當於丟失的質量。

當我們談論非常高能量的粒子，如伽馬射線時，我們經常會看到伽馬射線變成一對粒子，然後又結合成伽馬射線。

能量為1.022兆電子伏特（百萬電子伏特）的伽馬射線可以自發地形成一個電子-反電子（正電子）對。每個粒子都有質量，相當於0.511兆電子伏特的能量，一個帶正電荷，一個帶負電荷。由於一個是帶負電荷的，一個是帶正電荷的，因此它們很可能相互吸引並重新結合，再次形成伽馬射線。伽馬射線不帶電荷也不具有質量。

5. 你所在的地方使用什麼質量、長度和時間的計量單位？

計量單位

計量系統	長度	質量	時間
英制	英尺	斯勒格	秒
國際單位制	米	千克	秒
公制（MKS制）	米	千克	秒
公制（CGS制）	釐米	克	秒

世界上大多數國家都使用國際單位制（SI或Système International d'Unités）進行所有測量。只有美國、緬甸、賴比瑞亞和少數其他國家在大多數活動中使用英制。

從科學的角度來看，英制在任何一個技術先進的國家仍然在使用，這非常令人驚訝。它在美國的使用導致了1999年美國宇航局火星軌道器任務的災難性失敗。價值1.25億美元的火星軌道器丟失，原因是洛克希德·馬丁工程團隊使用了英制單位，而美國宇航局團隊則使用了公制單位進行航天器導航。

許多人認為磅是英制質量單位。它實際上是力的單位。透過繼續將磅轉換為千克，我們進一步混淆了力單位和質量單位之間的區別。

6. 聖經中時間預言使用什麼計量單位？可以在哪本書、哪一章、哪一節經文中找到這些單位？

聖經中有兩個地方用一天代表一年。

以西結書 4:6
你做完了這些事以後，要側臥在你的右邊，擔當猶大家的罪孽。我已定規讓你擔當四十天，一年一天。

民數記 14:34
你們要擔當你們的罪孽，知道我的反對，並且在曠野漂流四十年，一年代表你們窺探地的四十天。

這在但以理的預言中被使用，特別是但以理書 8:14。

但以理書 8:14
他對我說：“要到二千三百個晚上和早晨，聖所就必潔淨。”

艾薩克·牛頓被認為是最偉大的物理學家之一，但很少有人記得他將更多的時間用於聖經和鍊金術的研究，而不是物理學的研究，並且在《論但以理書和聖約翰啟示錄的預言》中，他寫道

“聖所和祭司被踐踏了2300天；在但以理的預言中，日代表年：但安提阿庫斯統治時期聖殿的褻瀆並沒有持續那麼多的自然日。這些要持續到末時，直到對猶太人的憤怒的最後結束；而這種憤怒還沒有結束。它們要持續到被拆毀的聖所被潔淨，而聖所還沒有被潔淨。”

7. 列出牛頓的三大運動定律。

第一定律

靜止的物體將保持靜止，運動的物體將保持運動狀態，除非受到外力的作用。

實驗- 你可以在物理榮譽的第8個問題中做實驗來演示慣性。

第二定律

物體的加速度與其所受合外力成正比；這寫成$F=mA$。

實驗- 使用塑膠勺和棉花糖、堅果、蘋果或其他物體來演示相同的力（勺子的彎曲）如何使質量不同的物體加速不同的距離。

如何確保每次都獲得相同的力？

物體的質量是否會影響其運動距離？

質量是否會影響物體的速度？

實驗- 將一個魚鱗連線到一個小重量上，看看如果緩慢或快速拉動重量時，你會得到什麼測量值。

第三定律

對於每一個作用力，都有一個大小相等、方向相反的反作用力。

如果我推你，那麼你也會用相同的力量推我，但方向相反。

實驗- 你可以在物理榮譽的第9個問題中做實驗來演示作用-反作用原理。

8. 使用桌布和幾本厚重的書，演示牛頓的第一運動定律。

理論-

靜止的物體將保持靜止，運動的物體將保持運動狀態，除非受到外力的作用。

材料-

桌子

桌布

書籍（各種尺寸）

方法-

在這個實驗中，我們將把桌布鋪在桌子上，然後把書放在桌布上。

問題-

如果你試圖慢慢拉動桌布會發生什麼？

如果你試圖快速拉動桌布會發生什麼？

如果書很輕會發生什麼？

桌布的型別有關係嗎？如果它像絲綢一樣光滑？或者像砂紙一樣粗糙？

這個實驗告訴我們關於牛頓第一運動定律的什麼？

我還能做哪些其他實驗來證明或反駁牛頓第一運動定律？

屬靈應用-

我們都抵制生活中的變化。我們對現狀感到舒適。有時，緩慢而持續的推動可以克服我們的惰性，讓我們在屬靈上朝著正確的方向前進。

9. 使用充氣氣球，演示牛頓的第三運動定律。

理論-

對於每一個作用力，都有一個大小相等、方向相反的反作用力。

想象一下，你在太空中（沒有摩擦力讓你固定在某個位置）拿著一個磚塊。如果你扔掉磚塊，磚塊會遠離你的初始位置，但你也會遠離你的初始位置（你的速度會比磚塊慢，因為你比磚塊重得多）。火箭用廢氣的分子做同樣的事情。分子非常輕，但速度非常快，因此可以將火箭加速到非常高的速度。

材料

氣球（這是你的火箭）

吸管

膠帶

繩子

紙

剪刀

方法

儘可能少地提供指導。讓學習的精神指引。

可以透過檢視哪個團隊可以讓氣球飛到特定的目標來促進兩個或多個團隊之間的競爭。

一旦一個團隊找到了引導氣球的方法，你就可以讓各個團隊之間進行比賽。

問題

如果你吹起一個氣球，然後在不打結的情況下放開，會發生什麼？

這是否符合牛頓第三運動定律？

如何讓氣球飛到你想要的地方？（引導氣球？）

什麼提供了力？

屬靈應用

當上帝行動時，宇宙就會做出反應。我們在創世記中反覆看到這一點。上帝說話，萬物就出現。他說：“要有光”，就有了光。“對於每一個作用力，都有一個反作用力”。

10. 透過同時從七英尺高的地方掉落兩個塑膠飲料瓶（一個裝滿水，另一個半滿）來演示伽利略的落體實驗。記錄結果，並從該實驗中得出屬靈的應用。

理論

地球吸引著所有東西。我們用一個大G來表示牛頓引力，它代表萬有引力常數（在MKS單位中，它的值為6.67x$10^{-11}m^{3}/(kgS^{2})$，並寫出方程

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

物體的質量越大，作用在其上的力就越大，這個額外的力正好抵消了物體的慣性，所以我們可以看到，無論物體的大小如何，它都會受到由小g表示的相同的重力加速度。在地球上，我們將$m_{1}=$設為地球的質量，$m_{2}=$設為物體的質量，我們稱之為m：然後我們可以根據牛頓第一運動定律將重力設為ma。

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

注意，我們在等式的兩邊都有m。所以m被完全抵消了，留給我們的是

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

G是常數，地球的質量$M_{e}$是常數，並且在地球表面附近，到地心的距離變化不大，所以$r^{2}$幾乎是一個常數。這意味著a等於一個常數。我們將這個常數稱為地球表面附近的重力加速度，並用符號g表示，g=9.8M/$sec^{2}$。

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

注意，在描述物體在引力場中加速度的方程中，沒有指明質量。

材料

塑膠飲料瓶

水

方法

讓學生丟下塑膠飲料瓶，並判斷哪個先落地。其中一個瓶子裝半瓶水，另一個裝滿水。確保瓶蓋擰緊。

問題

哪個瓶子先落地？

如果瓶子完全空了會發生什麼？為什麼？

屬靈應用

從屬靈的角度來說，我們都被耶穌十字架上展現的大G（上帝的恩典）所吸引。無論我們生命中有多少罪，耶穌的十字架都平等地吸引我們，並戰勝所有罪，無論我們生命中有多少罪。在基督裡，無論我們過去多麼糟糕，我們都是無罪的。

伽利略能夠憑著信心認定空氣阻力阻礙了輕小物體的下落，例如羽毛，這也是亞里士多德認為較重的物體下落速度更快的原因。他想象了一個沒有空氣阻力的世界，因此能夠看到潛在的物理學原理。當我們展望天國，想象一個沒有痛苦、疾病和死亡的世界時，我們必須依靠信心。

11. 透過僅使用錘子拔出深深釘入木板的大釘子，演示槓桿的機械優勢。使用錘子和一塊靠近釘子、位於錘頭下的小木塊拔出第二個釘子。注意使用錘子在木塊（支點）上不同位置拔釘所需的力差異，並從該實驗中得出屬靈應用。

理論-

簡單機械用於創造機械優勢。它們透過減少完成工作所需的力來做到這一點。機械列表通常包括以下機器

斜面 - 將負載推上斜坡比直接將其提升所需的力要小。

輪軸 - 輪子可以說是最重要的機器。它減少了摩擦力的數量。

槓桿 - 由支點或樞軸點和一根長而堅硬的杆或梁組成。我們提升的物體越靠近支點，就越容易（我們擁有的機械優勢越大）。

滑輪 - 是一種與繩索一起使用的輪子，用於改變力的方向。多個滑輪可以一起使用以建立滑輪組，從而增加機械優勢。

楔子 - 這臺機器只是兩個斜面，但通常包含在內，因為它非常有用。

螺絲 - 這只是一個圓形斜面，但因為它將旋轉力轉換為線性力，所以幾乎總包含在簡單機械列表中。

這裡研究的機器是簡單的槓桿。錘柄是槓桿臂，錘頭的曲線形成支點。錘子的爪子也是一個楔子或斜面。有時您會使用錘子、撬棍、拔釘器或另一個錘子將爪子楔入釘頭下方。

槓桿利用了扭矩或旋轉力的物理原理。扭矩 = 力 * 距離。

材料 - 錘子、釘子、至少 2 英尺長的 2x4 木材、一小塊木塊

方法 - 將一些大釘子（16 釘會效果很好）釘入 2x4 木材的一半，讓學生嘗試拔釘。然後演示如何放置木塊充當支點。讓學生重複使用木塊進行實驗。

問題-

從描述或演示理論部分中描述的各種機器開始。然後問學生“錘子是什麼型別的機器”？

錘子的支點在哪裡？

使用木塊時，支點在哪裡？

哪種方式更容易？

支點與木塊的距離有多近有什麼區別？

你握錘子的位置有什麼區別？靠近錘頭還是在手柄末端更容易？

屬靈應用示例 - 如果我們讓槓桿的支點代表耶穌，那麼我們越靠近耶穌，提升到更高屬靈境界就越容易。

參考文獻

《$E=mc^{2}$》背後的團隊
對$E=mc^{2}$的更多解釋
牛頓運動定律
伽利略落體實驗
伽利略落體模擬器
槓桿
阿基米德可以用槓桿移動地球嗎？
簡單機械
絕對零度
物理常數

關於作者

羅德尼·伊斯特在伊利諾伊州格倫埃林的一個探險者俱樂部工作，從9歲起就開始參與探險者活動，當時他的祖母透過讓他學習星標讓他接觸到了星空。

他在成長過程中學習了所有他能找到的天文學知識，最終從太平洋聯合學院畢業，獲得物理學學士學位，並以天文學為重點。

他現在在阿貢國家實驗室先進光子源的資訊科技部門工作。

羅德尼和斯蒂芬妮·伊斯特製作了一部名為《"為什麼打結，繩結、繩索和繩索連線的介紹"》的 DVD，以幫助教授打結榮譽。這部影片可以透過福音資源獲得。