1. Which physical quantity is observed with the same result for all inertial reference frames?
(A) The force；
(B) The work；
(C) The kinetic energy；
(D) AIl；
(E) None.

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統計： A(3), B(2), C(0), D(3), E(0) #2735464

詳解 (共 1 筆)

#6515511
詳解
題目： 哪一個物理量在所有慣性參考系中觀測結果都相同？
(A) 施力
(B) 功
(C) 動能
(D) 全部
(E) 無
正確答案： (A) 施力
詳細解釋：
 * 慣性參考系是什麼？
   慣性參考系是指一個不會加速的參考系。在這樣的參考系裡，牛頓的第一運動定律（慣性定律）是成立的：如果一個物體沒有受到外力，它會保持靜止或以等速直線運動。所有慣性參考系之間都是等效的，這表示物理定律在這些參考系中都長得一樣。
 * 為什麼加速度在慣性參考系中觀測結果都相同？
   雖然物體的速度在不同的慣性參考系中看起來會不一樣，但物體的「加速度」在所有慣性參考系中都是相同的。想像兩個慣性參考系 S 和 S'。如果 S' 相對於 S 以固定的速度移動，那麼一個物體在 S 中的位置和在 S' 中的位置之間會有一個簡單的關係。對這個關係求兩次時間的導數，你會發現物體的加速度在兩個參考系中是完全一樣的。
 * 為什麼力在慣性參考系中觀測結果都相同？
   根據牛頓第二定律，作用在物體上的「淨力」等於物體的質量乘以其加速度（F = ma）。
   * 質量 m： 物體的質量是它本身的固有屬性，不管你在哪個慣性參考系裡看，它的質量都是一樣的。
   * 加速度 a： 就像前面說的，加速度在所有慣性參考系中都是相同的。
     因為質量和加速度在所有慣性參考系中都相同，所以根據 F = ma，作用在物體上的「淨力」在所有慣性參考系中觀測到的結果也是相同的。這裡的「力」指的是物體之間真實的相互作用力，而不是那些只出現在非慣性參考系裡的「假想力」或「慣性力」。
為什麼其他選項的觀測結果不同？
 * 功 (Work)
   功的定義是力與位移的乘積 (W = F \cdot \Delta x)。由於「位移」是相對的，它會因為觀察者所在的參考系而改變。
   * 例子： 想像一列火車在平地上等速行駛。火車上有個乘客，地面上有個觀察者。乘客對火車上一個靜止的箱子施加一個水平力，但箱子相對於乘客沒有移動。所以，乘客會說他對箱子做的功是零。但是，對於地面上的觀察者來說，這個箱子隨著火車移動了一段距離。如果乘客施加的水平力在地面觀察者的參考系中也存在，那麼地面觀察者就會認為這個力對箱子做了功。因此，功的觀測結果在不同的慣性參考系中是不同的。
 * 動能 (Kinetic Energy)
   動能的定義是 \frac{1}{2}mv^2。由於「速度」是相對的，它的值取決於你選擇哪個參考系。
   * 例子： 還是用火車上的箱子做例子。相對於火車上的乘客，箱子是靜止的，所以它的動能是零。但是，相對於地面上的觀察者，箱子以火車的速度移動，所以它具有動能。因此，動能的觀測結果在不同的慣性參考系中是不同的。
總結：
雖然速度、位移、功和動能這些物理量在不同的慣性參考系中可能會有不同的數值，但由於牛頓第二定律的形式在所有慣性參考系中都保持不變，而且質量和加速度在這些參考系中是相同的，因此作用在物體上的「淨力」在所有慣性參考系中觀測到的結果是相同的。
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