牛顿第三运动定律(Newton’s third laws o

时间:2020-07-23


「牛顿第三运动定律」是牛顿在「自然哲学的数学原理(牛顿,1687)」一书中所提出的第三则定律,藉以描述万物之间作用力与反作用力的关係。牛顿认为:「当A物体施一力作用于B物体时,B物体将同时施一力于A物体,此二力互为『作用力与反作用力』,并且具有相同的大小、相反的方向,及相同的作用时间等特性」。

相关概念如下图所示: 牛顿第三运动定律(Newton’s third laws o

事实上,牛顿只将此定律当作一个补充定律来使用,话虽如此,但仍有几项需注意:(1)作用力与反作用力「本质上是相同的」,例如,太阳对地球的作用力为万有引力,则地球对太阳的反作用力也是万有引力。(2)作用力与反作用力「作用在不同的物体上」,或者更清楚地说,作用力与反作用力的施力体与受力体恰好对角色互换,作用力的施力体是反作用力的受力体,而作用力的受力体是反作用力的施力体。(3)作用力与反作用力会「在同一条直线上」,例如,重力与静电力皆遵守相同的规範,但对移动的电荷而言确属特例,根据「必欧-沙伐定律」及「劳侖兹力」计算所得的结果,这一对作用力与反作用力并不会在同一直线上。(4)一般而言,由于作用力和反作用力是作用在不同的物体上,所以「无法互相抵销」,但若从系统的角度来考量,作用力与反作用力有可能作用在同一系统的不同部分,则其效果可以抵销。(5)静力平衡是作用于「单一物体或系统」上,方向相反的一对力互相抵销的结果,并未要求也并未说明这一对力是否是作用力与反作用力。

综合前述,牛顿第三运动定律只适用于解释「两物之间作用力与反作用力的关係」,在两物之间所存在的作用力与反作用力,大小相等、方向相反、作用在不同物体上,因此不能互相抵消。唯此定律不适用于解释「移动电荷的受力」与「单一物体或複杂系统」的情况,在使用牛顿第三运动定律做推论时应更加格外小心。

参考资料:
1.维基百科英文版
2.维基百科中文版
3.高中物质科学物理(上)-南一书局

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