自然科學/力 牛頓第三定律

維基教科書,自由的教學讀本
跳至導覽 跳至搜尋

作用[編輯]

如果我們將物體看做一個質點,我們就認為這個物體的內部作用不會對整個系統造成任何影響。我們現在很難準確的描述這樣的「沒有任何影響」是怎樣的效果,但是我們可以考慮一種非常特殊的情況,這種情況,我們從直觀上的表現形式是,參考系中沒有任何物體運動。對於一個沒有任何運動的參考系,某一個物體,可能受到了一個外界的影響,我們稱這是一個作用。

[編輯]

力的圖示

作用是一個非常廣泛的概念,本書當前的知識水平讓我們僅能上從直觀上來感受它。我們認為,力是物體受到的作用。舉例來說,地球上的物體,總是會受到一個重力加速度的影響,我們這是由於地球對物體產生了作用,這個作用來自於地球的重力(實際上重力只是一種化繁為簡的極不精確的描述,準確的描述是引力)。對於任何受到擠壓的物體,我們認為外界對它進行了擠壓,這是一種作用,我們稱之為壓力(實際上本質是彈力)。類似的,力還有拉力、支持力、牽引力等。

任何一個力,都不是憑空產生的,需要有一個施力物——那個產生作用的物體,同時還有一個受力物——受到作用的物體,任何沒有施力物的力都是不存在的,同時,任何沒有受力物的作用也是沒有意義的。我們這裡需要再次聲明,我們研究的是經典力學,以上的規律都是來自於對宏觀低速參考系中的現象的觀測。

力,從直觀上感受得到,是向量,既有大小也有方向,力的單位是牛頓(N)。至於1N到底是多大,我們需要在學習牛頓第三定律後才能對其進行定義。

力的基本特徵[編輯]

我們知道力是向量,因此力的大小和方向都是力的特徵,除此之外,任何一個力,都有一個作用點。通過描述一個力的大小、方向、作用點,可以完整地描述這個力。需要注意的是,我們這裡的「基本特徵」並沒有說明這個力的所有特徵,但是僅僅靠這三個特徵,我們可以知道這個力做用到物體上的效果是什麼樣,但是至於這究竟是一個什麼類型的力、產生的原因是什麼、施力物體是什麼,我們仍然不知道,但是這並不影響我們對這個力的作用效果的研究。

通過圖示,我們可以將一個力表示出來,我們在圖中用一個向量來表示力,如果不需要,不必過分地使力的大小和圖中向量的長度非要成比例。我們可以在向量的旁邊寫上力的名字。

反作用力[編輯]

當你狠狠揮出一拳擊中石板的時候,你的手也會產生疼痛;當你和夥伴在溜冰時,推開夥伴的你自己也會向相反方向移動。總總現象表明,任何一個物體對另一個物體產生作用力的同時,總會受到來自這個受力物體的作用,我們將這個作用稱為反作用力。

牛頓第三定律[編輯]

牛頓第三定律是一個根據經驗得出的定律,它描述了作用力與反作用力二者之間的關係。牛頓第三定律原文的表述是任何作用力都對應著一個相等反抗的反作用力。也就是說,任何一個物體對另一個物體施加了一個作用力,自身也會受到一個來自被施加作用力的物體的一個大小相等、方向相反的反作用力,因此力總是成對存在的。實際上,這兩個力,都是互為對方的反作用力。牛頓第三定律的內容並不像它的名字那樣晦澀,實際上,它想要表達一類現象的規律——力的作用是相互的。

需要特別說明的是,我們沒有說作用力和反作用力在同一直線上,雖然大多數時候是這樣的,但是在進一步學習之後,我們確實能找到作用力和反作用力不在同一直線上的效果。

牛頓第三定律具有普適性,我們在宏觀低速參考系中已知的任何力,都遵循它。甚至,在很多微觀參考系中,它也具有一定的普適性。

習題[編輯]

  1. 做出一個物體受到的重力的力的圖示。
  2. 舉出一對作用力和反作用力的例子,並做出圖示。
  3. 潛水時身體的壓力感來自哪個作用?這個作用是如何產生的?