小蟑螂的土土小窩

圖片：傳說中惠更斯曾在英國三一學院附近指導餐館老闆運用離心力取出羊皮水壺中結塊乳酪的方法。惠更斯的離心力觀點其實在現今最常被使用的地方便是生化實驗常用的離心機。

作者：嚴融怡

1666年，克利斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens，1629年04月14日—1695年07月08日)這位發明游絲彈簧，對後世鐘錶工藝與計時物理貢獻極大的荷蘭物理學家、天文學家兼數學家，也是法國財政大臣柯爾貝爾的莫逆之交─在他應邀任職於巴黎科學院期間曾在柯爾貝爾航海商業版圖當中給予科學助力的傑出人士，他遊歷了英國，並且會見了艾薩克‧牛頓(Sir Isaac Newton)。兩人相互激賞。也交流了對光的性質的看法，由於惠更斯的觀點更傾向波動說，而牛頓則偏向粒子說，因此兩人在光學觀點上有了分岐。但這不影響兩人的友誼。惠更斯在獲知了牛頓的光學試驗內容後，回到法國，更加完備了光學的波動論。而牛頓則是持續修補自己的粒子說。兩人雖然彼此惺惺相惜，但卻在之後的光學論爭當中有了更為爭鋒相對的理論。不過牛頓與惠更斯交錯的還不只有光學，另外還有一個領域便是力學。

圖片：惠更斯雖然在光學上與牛頓爭鋒相對，但其實在私底下的交情來說兩人仍是惺惺相惜的。而且他的離心力理論也啟迪了牛頓的一些力學概念想法(圖片引自維基共享資源)。

圖片：牛頓的運動力學雖然是同一時期的集大成者，但力學的功勞絕不僅只牛頓一人(圖片引自維基共享資源)。

惠更斯其實在稍早的1659年便寫成了《論離心力》一文，該文的結論後來陳述在1673年所出版的著作《擺鐘》當中，並在1703年他死後才出版發表。惠更斯假設有人拿著鉛球站在一個轉動圓盤的邊緣，當他手一鬆開，鉛球便會沿切線飛出去。這時，如果將伽利略對勻加速運動研究的結果加以延伸，便能求出離心加速度等於線速度平方除以圓周半徑(v^2)/r。惠更斯當時所思考的其實是今日我們所說的慣性(離心力)而不是後來牛頓力學之後所更重視的向心力。根據離心力公式，惠更斯還能進一步改進伽利略的實驗而得出單擺週期公式。在惠更斯撰寫《論離心力》的同時，其實牛頓也曾獨立計算出離心力公式。只是當時兩人在力學方面都各自覺得自己的理論還不夠成熟，因此歷史上這兩人應該並沒有彼此交流離心力的觀點。

但是後世好事之人總喜歡偉大科學家之間有多一些的互動和交集。尤其像是伏爾泰( François-Marie Arouet )這類善寫科學逸聞的作家便讓牛頓被蘋果砸到的這個劇作概念變成家喻戶曉的傳說故事。這裡有一個有趣的小實驗也是這類傳聞。傳說惠更斯和牛頓在1667年的某天，兩人剛好討論物理討論到肚子餓了，便到三一學院附近的一家餐館吃飯，結果餐館老闆正在為了自己的乳酪(也有一說是果凍)卡在羊皮水壺當中而懊惱不已。惠更斯便對牛頓說道：『我有一個方法可以幫老闆解決問題，只要正確使用物理訣竅，便能快速取出卡住的結塊乳酪。』『喔，什麼方法？』牛頓好奇而微笑說，『就是使用離心力…老闆…』惠更斯說著便走到老闆身邊，然後在老闆耳邊竊竊私語。隨後老闆便將羊皮水壺用繩索反綁，然後將綁了繩索的羊皮水壺交到惠更斯手上，惠更斯接著便有如美國西部牛仔一般，把繩索拋開來轉圈甩水壺，之後轉了好幾圈，然後再把水壺打開。裡面原先因為沉澱膠結和附著力黏在水壺底部的結塊乳酪，在旋轉的過程當中因為離心力的作用，加上一部分空氣也因為離心力而鑽入乳酪和水壺壁之間的細微孔隙因而破壞了附著力。於是乳酪便被甩到水壺的瓶口了。牛頓對此也感到非常有趣，因此之後加速了他對於力學的研究…。嗯，以上純屬傳聞。

不過不管怎麼說，牛頓所說的『站在巨人的肩膀上...』就力學來說，他還真的踩在很多人的肩膀上，當年最盛行的理論包括笛卡兒的機械論、惠更斯的離心力、以及克卜勒的磁性吸引造就行星軌道理論(後來馬德堡市長奧圖·凡·格里克認為應該是靜電力引致行星系統，但他和克卜勒的這兩點都是錯誤的)以及虎克的圓周運動觀點等等確實都成為牛頓力學的養分來源，牛頓是最後總結這一時代而集大成者，這則是不爭的事實。

2016年，日本的youtube頻道─便利ライフハック【生活妙招王】有介紹一個倒出完美布丁的有趣方法，方法很簡單，只需要先將布丁倒扣在盤中，然後人拿著布丁和盤子快速一圈轉身，布丁就會順利完整掉下來了。這是什麼原因呢？布丁一開始在布丁杯當中，會被大氣壓力頂著、加上布丁和布丁杯之間彼此的附著力與摩擦力等等，因此呈現靜力平衡的情形。當我們倒立布丁杯並且身體快速旋轉時，布丁會在快速旋轉的離心力作用下受到扭曲的形變，進而讓空氣得以進入布丁和容器之間的小縫隙，這樣一來既減少大氣壓力的支撐力量，然後又會破壞原來布丁和杯壁的吸附附著情形，最後布丁在地球重力的吸引下便會掉落盤中，因而倒出完美又漂亮的布丁。這個方法和當年傳聞中惠更斯告訴餐館老闆的離心力處理乳酪的方式還真的滿像的。這個經典的小實驗也常被各類科學實驗書籍、科普書籍加以利用。因此在今天，也把這個方法傳授給小朋友，只是我剛好實驗室沒有盤子，就只好拿塑膠杯取代盤子接在下面了。在有趣的小實驗背後，我們也緬懷那些曾經對科學貢獻甚大的科學家們。離心力的應用其實在今日的科學更為頻繁了，像是生物化學與分子生物學所經常要分離細胞物質如DNA等，便需要各類特定轉速與快轉時間設定的離心機。

圖片：旋轉布丁實驗

圖片：被離心力影響而掉落下來的布丁。

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2.難道你真的以為，力學是牛頓一個人想出來的？ ─ 科技大觀園 https://scitechvista.nat.gov.tw/c/sBil.htm

3.離心力 ─國立臺灣大學普通物理實驗室 https://web.phys.ntu.edu.tw/gphyslab/modules/smartsection/item0964.html?itemid=10