作用力、反作用力与一对平衡力

甲、乙两队拔河比赛，当两队相持不下时，甲队的拉力必定等于乙队的拉力，即F_甲＝F_乙。对于这种情况，我们常称两队实力均衡。另外，有人考虑到此情形因拉力F_甲与F_乙相等，方向相反，又作用在一直线上，故称F_甲与F_乙是一对作用力和反作用力。试问，这种说法对吗？

由甲、乙两队相持不下而判断出甲队拉力与乙队拉力相等，且方向相反作用在一直线上，毫无疑问是正确的。至于由此而称之为一对作用力和反作用力是错误的。错误的要害是混淆了作用力和反作用力与一对平衡力的概念。为了区别作用力和反作用力与一对平衡力，我们来对拔河作一简单的力学分析。

甲、乙两队拔河，并不是直接作用力，需通过绳索相联系。当两队相持不下时，设甲队从左边拉绳索的力为F_甲，乙队从右边拉绳索的力为F_乙，则根据牛顿第三定律，绳索将分别以F_绳甲、F_绳乙同时拉甲队和乙队，如图1一17所示，

取绳索为研究对象，其受到的外力是甲队的拉力F_甲和乙队的拉力F_乙，两队相持不下时，绳索处于平衡状态。于是，绳索的运动方程为：

F_甲－F_乙＝m_绳a＝m_绳×0＝0

即：

F_甲＝F_乙

这里尽管F_甲、F_乙大小相等，方向相反，作用在一直线上，但它们并不是一对作用力和反作用力。因为牛顿第三定律告诉我们，当一个物体旋加一个力于另一个物体时，第二个物体就以大小相等、方向相反的力施加于第一个物体之上。作用力和反作用力实际上就是牛顿第三定律中所论的一对力，它们是直接发生在两个相互作用的物体之间的，而在拔河中，F_甲与F_乙并不是两个“物体”（这里当然是指人群）直接相互作用的两个力，中间有媒介物质绳索存在，所以它们不是一对作用力和反作用力。与甲、乙两队直接起作用的是绳索，故F_甲与F_绳甲、F_乙与F_绳乙倒是两对作用力和反作用力。既然F_甲与F_乙不是一对作用力和反作用力，那是不是一对平衡力呢？为能对此作出正确判断，我们再来认识平衡力这一概念的内涵。

多个力同时作用于一个物体而不使物体的动量发生变化是完全可能的。使动量发生变化的净力通常称为不平衡力。当一个物体受到矢量和等于零的几个力的作用时，这几个力就称为平衡力，而该物体则称为处于平衡。但是按照定义，这几个力中的每一个都可以导致动量的变化。作为特殊情况，考虑两个力作用于同一物体，则根据以上平衡力的定义可知，这两个力如果是平衡力，那一定是大小相等方向相反并作用在同一直线上。根据平衡力的这种特征，对照上述拔河问题，就不难判断：F_甲与F_乙是属一对平衡力。

拔河的例子告诉我们，作用力和反作用力总是成对出现的，它们分别施加在相互作用的两个物体上。因而，根本谈不上平衡不平衡的问题；而平衡力可以是两个，也可以是两个以上，它们作用在同一个物体上，它们之间不是作用力和反作用力的关系，而都是其他物体施加在这个物体上的作用力。当我们分析物体受力情况的时候，应该明确这些力的施力者是谁，受力者又是谁。

还必须指出：第一，物体在平衡力作用下能处于平衡状态，平衡状态并不一定就是静止状态。第二，物体可以在一个方向上处于平衡状态而在其他方向上处于非平衡状态。例如，水平面上加速运动的物体，在垂直水平面的方向上，物体受到重力和水平面施加的竖直向上的弹力作用，这两个力大小相等、方向相反，又作用在同一直线上，是一对平衡力，故物体在竖直方向上无动量变化，处于平衡状态。但物体在水平方向有加速度、显然不是处于平衡状态。

发布时间：2009/4/14 16:24:54  阅读次数：15272