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第13章 作用力也是反作用力——牛顿第三运动定律

1.牛顿第三运动定律的内容

两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,方向相反,大小相等,可以表示为F1=——F2.对于牛顿第三定律,了解以下五种性质是必不可少的。

(1)相互作用力一定是相同性质的力。

(2)力的作用是相互的,同时出现,同时消失。

(3)作用力同样可以称为反作用力,这是由于选择的参照物有所不同。

(4)作用力和反作用力作用在两个物体上,产生的作用是不能互相抵消为零的。

(5)由于作用点不在同一个物体上,作用力和反作用力不能求出合力。

此外,还有一些值得大家注意的:如果要改变一个物体的运动状态,必须有其他物体和它产生相互作用。由于物体之间的相互作用是通过力体现出来的,所以一定要指出力的作用是相互的,作用力与反作用力作用在同一条直线上,大小相等、方向相反,且同时产生或消失,它的性质与重力、弹力、摩擦力等是相同的。

2.适用范围

一般情况下,牛顿第三定律只对相互接触的物体成立。不过,它还是研究质点系运动规律的基础。

以第三定律为依据,可以知道:如果两个物体在不受外力作用的情况下,只有相互之间作用的时候,它的总动量变化为零,也就是我们所熟知的动量守恒。

如果把这一结论推广到由多个物体组成的系统,它会更加普遍适用,而且比牛顿第三定律适用范围要广。它对于那些从低速到高速,从宏观到微观的各个物理领域和各种相互作用是比较适用的。然而,对于有一定距离通过场并以有限速度产生的物体之间的相互作用,则是需要考虑推迟效应的,例如引力相互作用和磁力相互作用。

对于静止电荷之间的电场力作用等磁场相互作用,推迟效应是可以忽略不计的,因此,牛顿第三定律仍然适用。不过,对于某些电磁相互作用,例如运动电荷之间的相互作用,牛顿第三定律是不适用的,取而代之的是比较普遍适用的动量守恒定律。

3.值得注意的几点

第一点:作用力和反作用力是同时产生,同时消失的,二者并没有主次、先后的区别。

第二点:由于作用力与反作用力是作用在两个不同物体之上的力,所以不能抵消(即施力物体与受力物体不同)。

第三点:作用力和反作用力必须是同一性质的力。

第四点:作用力与反作用力与参照系没有关系,只是两者是相互的。

4.相互作用力和平衡力的区别

(1)平衡力大小相等,方向相反,是作用在同一个物体上的力,并且作用在同一直线上。两个力的性质可以是不同的。

(2)相互作用力分别作用在两个物体上,且在同一直线上的力,大小相等、方向相反,是相同性质的两个力。

(3)相互作用力仅仅涉及两个物体,即施力物体,同时也是受力物体,而平衡力则要涉及三个物体(两个施力物体和一个受力物体)。

(4)相互作用力是同时产生,同时消失的,而相互平衡的两个力却可以单独存在。

(5)相互作用力分别作用在两个物体上,而平衡力共同作用在一个物体上。

(6)平衡力合力为零,而相互作用力没有合力。

(7)平衡力具有共同的作用效果,相互作用力则具有各自的作用效果。

知识小百科

牛顿摆

牛顿摆于1676最早由法国物理学家伊丹马略特提出来的。1960年,牛顿摆问世,它是一个桌面演示装置,五个质量相同的球体由吊绳固定,彼此紧密排列。

当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球时,仅有最左边的球将被弹出。自然,这一过程同样也是可逆的,当摆动最左侧的球撞击到其他球的时候,也仅有最右侧的球被弹出。当最右侧的两个球同时摆动并撞击其他球时,最左侧的两个球会被弹出。除此之外,它还适用于更多的球,例如三个、四个、五个,或者更多。

到目前为止,对于球串的表现还没有更合理的解释。撞击波是如何在球串中传递的,需要现今物理学家的进一步探索和思考。