带微积分的物理学/力学/牛顿第三定律
牛顿第三定律指出:对于每一个作用力,总存在一个大小相等、方向相反的反作用力 ()。这是“动量守恒”的基础,将在后面讨论。
现在我们已经有了力的概念,我们可以开始探索它是如何影响我们周围的世界。考虑一下。你很可能正坐在椅子上。此刻有多少力作用在你身上?由于你在任何方向上都没有加速,很容易认为没有力,但这是不正确的。实际上,有很多力作用在你的身上,并且这些力都处于平衡状态。例如,重力作用在你身上,使你向下坠落。如果你被神奇地悬浮在空中,那么重力会迅速而粗暴地将你拉向地面。但是你并没有掉到地上,相反地,你对椅子的座位施加了一个力。
这就是牛顿第三定律发挥作用的地方。你对椅子施加的力等于你的体重(假设你所有的体重都集中在椅子上)。这等于
这是你对椅子座位的力。然而,根据牛顿第三定律,这也是椅子向上推你的力。正因为如此,重力向下拉你的力被椅子向上推你的力抵消了,你不会倒在地上。
这是一个比较难理解的概念,因为它总是适用,即使你可能认为它不适用。让我们看看一个人试图抓住一辆货运列车的情况。当货运列车撞上人时,哪一个受到的力更大?根据本节的标题,答案是作用力和反作用力是相等的。火车作用在人身上的力与人作用在火车上的力是相同的。现在,你应该注意到,几千牛顿的力作用在人身上产生的效果要比作用在飞驰的货运列车上产生的效果大得多,但力是相同的。不同的只是物体,这是一个经常用来欺骗考试学生的技巧。
另一个例子是:你站在一块无摩擦的冰面上。你可以乱踢乱打,你可以挥动手臂,但你无法移动你的位置(更准确地说,是你的质心)。这是因为,如果你试图朝一个方向移动,并且你对你自己施加了一个力,那么你同时向前和向后推自己,这会导致没有任何效果。同样地,如果你把自己放在一个篮子里,然后拉动把手,你无法把自己抬起来,因为当你用手向上拉的时候,你用脚向下推。如果你开枪,你会感到反冲。所有这些都是第三定律的例子。
然而,第三定律并不是真正的定律,因为它并不完全正确!在电动力学中,事实证明,物体可以通过“自身”来提升自己。但是,动量守恒,它与第三定律非常相似,仍然是正确的。