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自然科学/力 牛顿第三定律

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作用编辑

如果我们将物体看做一个质点,我们就认为这个物体的内部作用不会对整个系统造成任何影响。我们现在很难准确的描述这样的“没有任何影响”是怎样的效果,但是我们可以考虑一种非常特殊的情况,这种情况,我们从直观上的表现形式是,参考系中没有任何物体运动。对于一个没有任何运动的参考系,某一个物体,可能受到了一个外界的影响,我们称这是一个作用。

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力的图示

作用是一个非常广泛的概念,本书当前的知识水平让我们仅能上从直观上来感受它。我们认为,力是物体受到的作用。举例来说,地球上的物体,总是会受到一个重力加速度的影响,我们这是由于地球对物体产生了作用,这个作用来自于地球的重力(实际上重力只是一种化繁为简的极不精确的描述,准确的描述是引力)。对于任何受到挤压的物体,我们认为外界对它进行了挤压,这是一种作用,我们称之为压力(实际上本质是弹力)。类似的,力还有拉力、支持力、牵引力等。

任何一个力,都不是凭空产生的,需要有一个施力物——那个产生作用的物体,同时还有一个受力物——受到作用的物体,任何没有施力物的力都是不存在的,同时,任何没有受力物的作用也是没有意义的。我们这里需要再次声明,我们研究的是经典力学,以上的规律都是来自于对宏观低速参考系中的现象的观测。

力,从直观上感受得到,是矢量,既有大小也有方向,力的单位是牛顿(N)。至于1N到底是多大,我们需要在学习牛顿第三定律后才能对其进行定义。

力的基本特征编辑

我们知道力是矢量,因此力的大小和方向都是力的特征,除此之外,任何一个力,都有一个作用点。通过描述一个力的大小、方向、作用点,可以完整地描述这个力。需要注意的是,我们这里的“基本特征”并没有说明这个力的所有特征,但是仅仅靠这三个特征,我们可以知道这个力做用到物体上的效果是什么样,但是至于这究竟是一个什么类型的力、产生的原因是什么、施力物体是什么,我们仍然不知道,但是这并不影响我们对这个力的作用效果的研究。

通过图示,我们可以将一个力表示出来,我们在图中用一个向量来表示力,如果不需要,不必过分地使力的大小和图中向量的长度非要成比例。我们可以在向量的旁边写上力的名字。

反作用力编辑

当你狠狠挥出一拳击中石板的时候,你的手也会产生疼痛;当你和伙伴在溜冰时,推开伙伴的你自己也会向相反方向移动。总总现象表明,任何一个物体对另一个物体产生作用力的同时,总会受到来自这个受力物体的作用,我们将这个作用称为反作用力。

牛顿第三定律编辑

牛顿第三定律是一个根据经验得出的定律,它描述了作用力与反作用力二者之间的关系。牛顿第三定律原文的表述是任何作用力都对应着一个相等反抗的反作用力。也就是说,任何一个物体对另一个物体施加了一个作用力,自身也会受到一个来自被施加作用力的物体的一个大小相等、方向相反的反作用力,因此力总是成对存在的。实际上,这两个力,都是互为对方的反作用力。牛顿第三定律的内容并不像它的名字那样晦涩,实际上,它想要表达一类现象的规律——力的作用是相互的。

需要特别说明的是,我们没有说作用力和反作用力在同一直线上,虽然大多数时候是这样的,但是在进一步学习之后,我们确实能找到作用力和反作用力不在同一直线上的效果。

牛顿第三定律具有普适性,我们在宏观低速参考系中已知的任何力,都遵循它。甚至,在很多微观参考系中,它也具有一定的普适性。

习题编辑

  1. 做出一个物体受到的重力的力的图示。
  2. 举出一对作用力和反作用力的例子,并做出图示。
  3. 潜水时身体的压力感来自哪个作用?这个作用是如何产生的?