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主要内容

牛顿第三定律是什么?

了解 “力是成对出现的”。

牛顿第三定律是什么?

你可能知道地球对你有引力在向下拉着你。你可能不知道的是,你同时也对地球有引力在向上拉着地球。比如说,如果地球以 500 N 的重力向下拉着你,你也同样以 500 N 的引力向上拉着地球。这个了不起的事实正是由牛顿第三定律得出的。
牛顿第三定律:如果物体 A 对物体 B 施加作用力,那么物体 B 一定同时对物体 A 施加大小相等、方向相反的力。
这条定律本质上表示了某种对称性:力总是成对发生的,一个物体不可能只对另一个物体施加作用力,而不受到另一个物体对它的反作用力。我们可以把这个定律简单理解为作用力和反作用力定律,其中施加的力称作作用力,受到的力称作反作用力。
通过下面的例子我们可以更容易的看到牛顿第三定律如何起作用。考虑游泳爱好者小薇在游泳时,用脚从池壁蹬开的那个场景,如下图所示。
一名游泳者用脚蹬开泳池壁,根据牛顿第三定律,这导致泳池壁对脚产生推力。图片来源:改编自 Openstax College Physics
小薇用脚向泳池壁施加推力,并向推力相反的方向加速。泳池壁对小薇施加大小相等、方向相反的力。你也许觉得两个大小相等方向相反的力会相互抵消,但并没有,因为这两个力是在不同的系统里产生作用。在这个例子中,我们可以分析两个受力系统:游泳者小薇,以及泳池壁。如果我们选择小薇系统进行受力分析,如下图所示,那么 F墙对脚 就是对小薇系统施加的力,并导致了小薇系统的运动,小薇沿着所受力 F墙对脚 的方向运动。相反,力 F脚对墙 是作用在墙上的,并不作用在我们正在分析的小薇系统上。因此 F脚对墙 并不直接对小薇系统的运动产生影响,也不会抵消 F墙对脚。请注意,小薇施加的作用力的方向与她期望运动的方向相反,而她受到的反作用力正是指向她期望运动的方向。

有关牛顿第三定律的其它例子

牛顿第三定律的其他例子也很容易找到。当教授在讲台上走路的时候,她对地板施加了一个向后的力,地板对教授施加反作用力,使她向前加速。
同样,汽车向前加速,是因为地面对驱动轮有向前的推力,这是驱动轮对地面向后推力的反作用力。驱动轮对地面的力是向后的,你可以看到在石子路上轮胎把石子向后抛,这就是证据。
另举一例,火箭通过向后高速排出气体而向前移动。这意味着火箭对燃烧室中的气体施加很大的向后作用力,因此气体对火箭施加很大的向前反作用力,这个反作用力称为推力。很多人误认为火箭是向背后的地面或者空气推动自己,但实际上火箭在真空中工作的更好,因为真空中排出废气更容易。
直升机同样通过向下推动空气来产生升力,因为向下的推动力会产生向上的反作用力。鸟和飞机也通过对空气施加与自己期望运动方向相反的作用力来飞行。例如,鸟的翅膀向下和向后推动空气,以获得向上和向前的力。

关于牛顿第三定律的例题

例1:冰箱推力

一人驾驶一辆小车——车1,向右推动另一辆小车——车2,车2上放着一个大号冰箱。车2包括冰箱的总质量是车1包括人总质量的3倍。如果这个人驾驶小车的力足够让两个小车都向右加速,那么下列说法中哪个正确呢?
选出正确答案:

例2:第三定律中的作用力和反作用力

如下图所示,一个箱子放在桌上,图下的表格中列出了各种力。
重新排列右侧列中的力,使右侧和左侧组成牛顿第三定律中成对的作用力和反作用力。
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