牛頓第三運(yùn)動定律

牛頓第三運(yùn)動定律物理術(shù)語01定義定律適用范圍應(yīng)用領(lǐng)域定律特點(diǎn)發(fā)展簡史定律影響目錄0305020406基本信息牛頓第三運(yùn)動定律(Newton'sThirdLawofMotion-ForceandAcceleration)的常見表述是：相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。該定律是由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出的。牛頓第三運(yùn)動定律和第一、第二定律共同組成了牛頓運(yùn)動定律，闡述了經(jīng)典力學(xué)中基本的運(yùn)動規(guī)律。定義定律定義定律相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，表達(dá)式為。

定律特點(diǎn)定律特點(diǎn)牛頓第三運(yùn)動定律研究的是物體之間相互作用制約的機(jī)制，研究的對象至少是兩個物體，多于兩個以上的物體之間的相互作用，總可以區(qū)分成若干兩兩相互作用的物體對。作用力和反作用力是相互的，互相依賴相為依存，均以對方存在為自已存在的前提，沒有反作用力的作用力是不存在的；力具有物質(zhì)性，不能脫離開物體（物質(zhì)）而存在；力總是兩個以上物體之間的相互作用產(chǎn)生的。牛頓第三定律也具有瞬時性，即作用力和反作用力的同時性，它們是同時產(chǎn)生、同時消失、同時變化，作用力與反作用力的地位是對等的，稱誰為作用力誰為反作用力是無關(guān)緊要的。作用力和反作用力必須是同一性質(zhì)的力，即作用力為彈力反作用力也一定是彈力，反之亦然。而自然界僅有四類基本的相互作用，即電磁相互作用、引力相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用，所以從本質(zhì)上區(qū)分力的性質(zhì)也僅存在這四種，作用力與反作用力確實必須屬于同一性質(zhì)的力。作用力和反作用力不能求和，即不能將第三定律寫成，原因是作用力和反作用力分別作用在兩個不同的物體上，各自產(chǎn)生的作用效果不同。作用力與反作用力的作用效果不能相互抵消。

適用范圍適用范圍牛頓第三運(yùn)動定律只適用于慣性系中實物物體之間的相互作用，如在電磁場中運(yùn)動的電子，將受到電磁場力作用，但無從談?wù)撾娮訉﹄姶艌龅姆醋饔昧?；非慣性系中的慣性力無反作用力；由場參與的相互作用，其作用傳遞是需要時間，作用與反作用的同時性不成立。第三定律是獨(dú)立的，但也存在適用范圍。

第三定律在類似“無論相互作用的兩物體是靜止的還是運(yùn)動的，該定律都成立”

的表述后，曾被加上一段說明，“如果把該定律應(yīng)用于電磁場將會遇到困難……分別作用于帶電粒子的力，并不符合該定律”

或“不能把該定律推廣到相對論中”

或“不能把該定律推廣到運(yùn)動帶電粒子上”

或“電磁場是一個特別麻煩的系統(tǒng)，當(dāng)這樣的場出現(xiàn)時，就會引起佯謬……該定律明顯失效……如果把場考慮進(jìn)去，佯謬就可以在牛頓體系中得到解決”

或“該定律不是經(jīng)常正確的，但它在接觸相互作用（即在物體直接接觸情況下，觀察到的相互作用）以及彼此間‘有一定距離的靜止物體相互作用的情況下是完全嚴(yán)格成立的”

等。如將該律表述為：“兩接觸物體（包括粒子和場）之間的作用和反作用，大小相等，方向相反，作用在一條直線上”，那么一切“失效”、“不成立”之說都不復(fù)存在。雖然新舊表述只是“接觸”兩字之差，但卻更明顯地反映了近距作用的觀點(diǎn)，這樣的表述既適用于電磁相互作用，又可推廣到相對論中。

在經(jīng)典力學(xué)中，第三定律成立的條件是：宏觀物體作低速運(yùn)動。當(dāng)物體的運(yùn)動速度接近光速時，作用力和反作用的大小一般不再相等。

對于接觸力，該定律嚴(yán)格成立，對于非接觸力，例如萬有引力和電磁力，由于相互作用通過場以有限速度傳播，需要考慮推遲效應(yīng)。發(fā)展簡史發(fā)展簡史十七世紀(jì)中葉，碰撞問題成為科學(xué)界共同關(guān)心的課題，不少科學(xué)家都致力于該問題的研究。當(dāng)時，對碰撞問題研究較早的有笛卡爾。1664年，牛頓受到笛卡爾的影響，也開始研究二個球形非彈性剛體的碰撞問題。1665—1666年間牛頓又研究了二個球形剛體的碰撞問題。他沒有像其它科學(xué)家那樣把注意力集中在動量和動量守恒方面，而是把注意力放在物體之間的相互作用上，對于兩剛體的碰撞，他提出，“……一于是在它們向彼此運(yùn)動的時間中（就是它們相碰的瞬間）它們的壓力處于最大值，……它們的整個運(yùn)動是被此一瞬間彼此之間的壓力所阻止，……只要這兩個物體都不互相屈服，它們之間將會持有同樣猛烈的壓力，……它們將會象以前彈回之前彼此趨近那樣多的運(yùn)動相互離開?！?/p>

上面這段話可看出，牛頓當(dāng)時就已認(rèn)識到在物體相互碰撞的瞬間，它們的運(yùn)動被彼此之間的壓力所改變。稍后，牛頓又認(rèn)識到：“如果二物體p和r彼此相遇，因為p壓r和r壓p是一樣大小，所以二者的阻力是相同的?！蓖瑫r，他還用圖形明確表示p壓r和r壓p的力是在同一條直線上。

由此可見，牛頓在1665—1666年間就已經(jīng)意識到了牛頓第三定律的全部內(nèi)容，但是將它作為牛頓運(yùn)動三定律之一在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中正式提出，卻是20多年以后的事，在1668—1669年間，惠更斯、沃里斯和雷恩對碰撞問題也做了很多研究工作，并得出了一些重要的結(jié)論，其中惠更斯的工作比較突出。他證明了兩硬體在碰撞過程中同一方向的動量保持不變，糾正了笛卡爾不考慮動量具有方向性的錯誤，而且首次提出碰撞前后的動量守恒。牛頓在正式提出第三定律時肯定了他們的工作，同時也指出了他們的局限性。應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域牛頓第三運(yùn)動定律是研究質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)，一般來說接觸物體之間相互作用都遵從該定律，對于相隔一定距離物體之間的相互作用要看具體情況。在A物體給B物體一個作用力F的同時，B物體也給A物體一個反作用力F反。當(dāng)B物體靜止時F反=-F，當(dāng)B物體運(yùn)動（或者作用點(diǎn)滑動）時F反<-F，這時反作用力等于B物體在F的作用下運(yùn)動所受到的阻力F阻，即F反=F阻。綜合上述兩種狀況得：F反=F阻≤-F。以根據(jù)“空吸（卷吸）作用”原理設(shè)計一種尾噴管，從輪船的后側(cè)面吸水經(jīng)尾噴管噴出，通過增加噴水量來獲得更大的反作用力，從而提高推進(jìn)效率。此外，F(xiàn)反=F阻≤-F還能廣泛用于指導(dǎo)飛機(jī)、火箭和車輛等運(yùn)動機(jī)械的制造設(shè)計，對于提高它們的推進(jìn)效率都會大有幫助。

螺旋槳飛機(jī)、噴氣式飛機(jī)、火箭都是運(yùn)用牛頓第三定律的原理。定律影響定律影響牛頓第三運(yùn)動定律不僅揭示兩物體相互作用的規(guī)律，而且為解決力學(xué)問題，轉(zhuǎn)換研究對象提供了理論基礎(chǔ)，拓寬了牛頓第二定律的適用范圍，是牛頓物理學(xué)中不可分割的重要組成部分。

于是由僅單一物體（只研究一個物體）的第一定律和第二定律出發(fā)，結(jié)合第三定律擴(kuò)展了研究對象，就自然而然地解決了全部不論多么復(fù)雜的系統(tǒng)的動力學(xué)問題了。第三定律是確實是完全獨(dú)立的基本規(guī)律，它不能由第二定律推演得出，第二定律也代替不了第三定律，第一定律更不能取代第三定律。

牛