第三章 C 作用与反作用 牛顿第三定律

图3-19中有两个穿着溜冰鞋的人，站在比较光滑的地面上。当其中一个人从背后轻轻推另一个人时，两个人会同时向相反方向运动。

从这个例子可以进一步理解力是物体对物体的作用。有受力物体，就必有施力物体，力是不能脱离物体而独立存在的。当受力物B受到施力物A的作用时，施力物A也会受到受力物B给予的作用。

大家谈

你还能举出哪些与上面相类似的例子？

力一定是成对出现吗？

观察和实验表明，两个物体之间的作用总是相互的，这个物体对那个物体有力的作用时，那个物体也一定同时对这个物体有方向相反的力的作用。任何物体不可能在受到其他物体对其的作用的同时，不对其他物体产生相应的反作用，反之亦然。当我们用手指拉长弹簧时，手指会受到弹簧的拉力；用手压缩弹簧时，手掌会感受到弹簧的压力。

因此，手指和弹簧，手掌和弹簧之间的作用都是相互的。所以，在任何情况下物体间力的作用总是成对出现的。我们可以把其中任意一个叫做作用力，那么另一个就是反作用力。

1．作用力（acting force）和反作用力（reacting force）

作用力和反作用力有怎样的关系？

总是成对出现的物体间的相互作用力究竟有怎样的关系呢？为了研究这个关系，我们可以做一个简单的实验。

自主活动

如图3-20所示，在水平桌面上把两个弹簧测力计A和B的挂钩钩在一起，弹簧测力计B的另一端固定，再用手拉弹簧测力计A的另一端，观察这时两个弹簧测力计上的示数情况。

我们发现弹簧测力计B上的示数与弹簧测力计A上的示数是相同的。当手的拉力改变时，两个弹簧测力计的示数会同时发生变化。当弹簧测力计A上的示数为零时，弹簧测力计B上的示数也为零。而两个弹簧测力计总是在一条直线上，其他类似的实验都可以得到同样的结果。

作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，且同时产生，同时消失。

在大量现象和实验基础上，牛顿发现：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。

2．牛顿第三定律（Newton third law）

两个物体之间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，即

F＝－Fʹ

我们走路时，脚对地面有一个向后的作用力，地面给脚一个向前的反作用力，如图3-21（a）所示。用锤子击打钉子时，如图3-21（b）所示，锤子给铁钉一个作用力，铁钉同时给锤子一个反作用力。因此，它们是作用在两个不同的物体上的，也就是不能相互抵消的。

（1）作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上。

作用力和反作用力的性质是否相同？

图3-22（a）中，手压在书本上向前推书，书受到手的水平作用力是摩擦力，手受到书的水平反作用力也是摩擦力。

图3-22 （b）中，磁环B受到磁环A的作用力是磁场力，则磁环A受到磁环B的反作用力也是磁场力。

从上面的例子以及其他事例中，可以得出作用力与反作用力是同种性质的力。

（2）作用力和反作用力是同种性质的力。

自主活动

1．说出一对作用力和反作用力与一对平衡力有什么区别？

2．画出图3-23中A、B两个物体之间的作用力和反作用力。

示例

放在水平地面上的木箱，重300N。如果用手施加大小为60N的水平方向向左的力推木箱，木箱静止不动，如图3-24所示。这时木箱受到哪些力的作用？这些力各多大？它们的反作用力分别是哪些力？有哪些力是平衡力？

【分析】物体处于静止平衡状态，可以分别从水平方向、竖直方向力的平衡条件入手。

【解答】木箱受重力G，大小为300N，方向竖直向下；木箱跟地面接触，使地面发生形变产生弹力（支持力）F_N，大小为300N，方向垂直于地面竖直向上；手对木箱的推力F，大小为60N，方向向左；木箱虽静止，但在推力作用下有向左运动趋势，因而木箱还受向右的静摩擦力F_f的作用，大小为60N，它的受力图如图3-25所示。

木箱所受重力的反作用力是木箱对地球的作用力；地面对木箱的支持力的反作用力是木箱对地面的压力；手对木箱的推力的反作用力是木箱对手的推力；地面对木箱的静摩擦力的反作用力是木箱对地面的静摩擦力。

木箱所受四个力中有两对平衡力：木箱所受重力G和支持力F_N；木箱所受推力F和静摩擦力F_f。

实验

验证牛顿第三定律

下面我们来做一个验证牛顿第三定律的DIS实验，点击实验条目中“力的相互作用”。

如图3-26（a）所示，把两个力传感器的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察软件界面上出现的结果，见图3-26（b）。

观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，并把实验结果与牛顿第三定律的结论相对照。

STS

长征火箭

牛顿第三定律在日常生活和生产技术中应用十分广泛。

我国早在宋代就发明了“火箭”，见图3-27（a）。在竹筒里装入火药，把竹筒的前端封闭住，并捆在箭杆上。火药点燃后，燃烧生成的气体以很大的速度从竹简内向后喷出，该气体同时对火箭产生反作用力，使箭体向前飞去。约在公元1000年，我国古代就将这种火箭作为兵器使用。到了明代，我国还制成了原始的二级火箭，见图3-27（b），在龙体内的第二级火箭是在火箭已经飞到空中以后才点燃的。

长征系列火箭是我国自主开发研制的，自20世纪80年代起已成功地将载人宇宙飞船和众多卫星送入太空，由于它的发射成功率高而享誉全球。图3-28为长征火箭正将神舟六号载人飞船送入太空。

拓展联想

火箭飞行的原理

为了了解火箭能在太空中飞行的原理，让我们先来看一幅画，见图3-29。

设想当你被困在一块浮冰上而又无法划水时，为了逃生，你所采取的办法是向离岸方向用力扔出随身携带的重物，以使浮冰靠岸。这表明当物体的一部分向某一方向运动，由于反作用力，剩余部分就会向相反方向运动。

火箭驱动也是同样的原理，火箭携带了大量固体燃料，它们燃烧产生气体，气体从发动机后端迅速喷出，同时产生反作用力把火箭推向前方。仅仅依靠一次喷射获得的速度往往不够大，火箭是依靠连续喷射高速的气体来逐渐增大自身的速度，最终达到数千米每秒，从而飞向太空。

历史回眸

说到我国的火箭和导弹工程的发展，必然会联想到著名的科学家钱学森。

1980年5月18日上午，我国向太平洋预定海域发射第一枚运载火箭获得圆满成功。

两天后，从大洋彼岸的美国传来了回音，合众国际社发了一篇题为《中国导弹之父——钱学森》专稿：“主持研制中国洲际导弹的智囊人物许多年前曾是美国陆军上校，由于害怕他回国，美国政府竟把他整整扣留了五年之久……他的名字叫钱学森……”正因为有了以钱学森为代表的一批爱国科学家的不懈努力，中国才在1970年成功发射了第一颗人造地球卫星。现在，由他负责研制的火箭，正在使中国成为与俄罗斯和美国一样可以把导弹发射到世界任何一个地方的国家。

钱学森从上海交通大学毕业后，在美国麻省理工学院和加州理工学院深造，1938年获博士学位，钱学森和他的老师卡门教授共同创立了著名的“卡门-钱学森公式”。这一成果被视为航空科技史上的重要发现之一。1942年2月，经卡门推荐，36岁的钱学森成为了麻省理工学院最年轻的教授。为了报效祖国，他克服了当时美国政府的重重阻挠，于1955年9月携妻子和两个孩子回到了北京。1956年，钱学森出任中国科学院力学研究所所长。在他的带领下，我国于1960年成功地发射了第一枚近程导弹……2005年，长征火箭将神舟号载人飞船送入太空。

钱学森对中国导弹研制和国防事业作出了卓越贡献，是中国航天事业的元勋。1991年，他被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和“一级英雄模范奖章”。1999年获“两弹一星功勋奖章”。

发布时间：2015/12/31 下午3:52:00  阅读次数：3099