聽民謠學概念之重新認識力——力的概念的初步形成

力對應的英文單詞是force，所以符號用大寫的「F」表示。它是使物體的動量趨向發生變化的因素，被定義為與動量的增大率成比例。

質量為m的物體以速度v移動，則其動量為mv，在任何一致的單位制中，都可得出力F=d（mv）/dt。如質量為常數，則F=mdm/dt=ma，其中a為加速度。

在物體間，相同或相反的作用與反作用力成對存在，一般將這種情況視為物體是處於力場（Field）中。

那麼，力的概念從什麼時候開始出現的？又是怎樣形成的呢？

中國古代對力的認識

中國古代對力的概念的認識最初是與人在推、提、拉、拋等的肌肉活動感到緊張，就認為肌肉對其他物體有了作用。春秋戰國時期（公元前770年~公元前221年）的墨家正是通過觀察人們通過肌肉的動作使物體發生位置的移動，從而總結出力的初步概念的。

墨家最早指出：「力，刑之所以奮也。」這裡的「刑」同「形」，指人體、物體；「奮」字在古籍中意思是多方面的，諸如由靜到動、運動越來越快、由下上升等都可以用「奮」字。這句話意思是：力是使物體由靜而動、由下而上、或動而愈速的原因。用現代物理的說法就是使物體的運動狀態發生變化的原因。《墨經》中還進一步指出：「力，重之謂，下、舉，重奮也。」意思是說物體的重量也就是一種力的表現，物體下墜、上舉，都是基於重力作用的運動。

墨子

墨家把力與物體運動的原因聯繫起來，初步認識到力可以改變物體的運動狀態。由於力不易見，而「重」是人人都能感覺到的，所以他們就把力與「重」聯繫起來，把「重」看作一種力，可以說，這些都是人類對力的最早的理性認識。

東漢的王充（公元27-約公元97）在《論衡》中對力的作用問題進行了探討。他從實際觀察中認識到物體的內力不能使物體自身發生運動狀態的變化。他指出：「力重不能自稱，須人乃舉」，「古之多力者，身能負荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地。」意思是說，古代有個大力士，能舉起千鈞，用手能使「鋼筋」之類的東西彎曲或伸直，但卻不能把自己舉起。王充進一步舉例說明力是使物體能夠從靜止運動起來的原因，沒有外力物體不能自己運動。這是繼墨家之後，對力的概念的進一步認識。

王充

西方古代對力的認識

古希臘的亞里士多德（公元前384年~公元前322年3月7日）是較早探討力的概念的科學家。在力的概念上，亞里士多德認為，自然萬物由火、氣、水、土四種元素組成，在不受其他因素干擾的自然狀態下，火與氣做直線上升運動，水和土做直線下落運動。為了解釋這種現象，他把自然界中的運動分成兩類，一類是自然運動；另一類是非自然運動（又稱受迫運動）。自然運動是物體趨向其自然位置的運動，這符合物體的本性，因此，自然運動是不需要力的推動的；非自然運動是物體向非自然位置的移動或離開自然位置的運動，這不符合物體的本性，所以是受迫運動，它不能由物體本身自發地產生，而是需要力來推動。他認為，各種物體的自然運動取決於它包含的元素成分和所處的位置，力是產生非自然運動的原因，力的本性就是抵抗、克服物體趨向其自然位置的本性。

亞里士多德

這樣，亞里士多德就把非自然運動的根源放在事物之外，並把外力的作用與物體運動的速度直接聯繫起來。亞里士多德特別研究了一種自然運動，即自由落體運動。他指出，重量是使物體下落的原因，並得出了一個結論：物體下落速度同它的重量（所受到的外力）成正比。

所以亞里士多德對力的概念的認識是：認為力是維持物體運動（速度）的原因，力與速度直接相聯繫。亞里士多德得到的這一結論，當然同觀察和實驗有一定聯繫，但他對經驗材料的概括缺乏嚴格的科學性，而在解釋一些經驗現象時，又提出了一些既不依賴於經驗，又未受經驗檢驗的假設，因而他的理論只是一種思辨性的理論。由於亞里士多德的威望和影響，以致使他的有關力的一些錯誤結論（在西方）延續了近兩千年之久，當然這並非亞里士多德本人的錯。

力的科學概念的初步形成

力的科學概念首先是由義大利物理學家伽利略所提出的。伽利略在研究了亞里士多德和先輩們的著作後認為，不能把運動分為自然運動和非自然運動，這樣的研究和分類會把運動的研究引入絕境。他認為應該依據運動的基本特徵量——速度進行分類，他由此提出了勻速運動和變速運動這種新的分類方法，從而使運動理論的研究取得了重大進展。伽利略首先定義了勻速運動，接著又研究了變速運動。他在研究一種典型的變速運動——自由落體運動，在研究過程中首次提出了一個重要的概念——加速度，並用速度的增量v 和用去的時間t 之比來定義加速度，這樣伽利略進一步把力與物體獲得的加速度聯繫起來，認為力是使物體產生加速度的原因，糾正了亞里士多德的力是維持物體運動速度的錯誤觀點，從而初步形成了力的科學概念，大大地推進了人類對力的概念的正確認識。

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