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帶微積分的物理學/力學/牛頓第三定律

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牛頓第三定律指出:對於每一個作用力,總存在一個大小相等、方向相反的反作用力 ()。這是“動量守恆”的基礎,將在後面討論。

第三定律(作用力和反作用力)

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現在我們已經有了力的概念,我們可以開始探索它是如何影響我們周圍的世界。考慮一下。你很可能正坐在椅子上。此刻有多少力作用在你身上?由於你在任何方向上都沒有加速,很容易認為沒有力,但這是不正確的。實際上,有很多力作用在你的身上,並且這些力都處於平衡狀態。例如,重力作用在你身上,使你向下墜落。如果你被神奇地懸浮在空中,那麼重力會迅速而粗暴地將你拉向地面。但是你並沒有掉到地上,相反地,你對椅子的座位施加了一個力。

這就是牛頓第三定律發揮作用的地方。你對椅子施加的力等於你的體重(假設你所有的體重都集中在椅子上)。這等於

這是你對椅子座位的力。然而,根據牛頓第三定律,這也是椅子向上推你的力。正因為如此,重力向下拉你的力被椅子向上推你的力抵消了,你不會倒在地上。

這是一個比較難理解的概念,因為它總是適用,即使你可能認為它不適用。讓我們看看一個人試圖抓住一輛貨運列車的情況。當貨運列車撞上人時,哪一個受到的力更大?根據本節的標題,答案是作用力和反作用力是相等的。火車作用在人身上的力與人作用在火車上的力是相同的。現在,你應該注意到,幾千牛頓的力作用在人身上產生的效果要比作用在飛馳的貨運列車上產生的效果大得多,但力是相同的。不同的只是物體,這是一個經常用來欺騙考試學生的技巧。

另一個例子是:你站在一塊無摩擦的冰面上。你可以亂踢亂打,你可以揮動手臂,但你無法移動你的位置(更準確地說,是你的質心)。這是因為,如果你試圖朝一個方向移動,並且你對你自己施加了一個力,那麼你同時向前和向後推自己,這會導致沒有任何效果。同樣地,如果你把自己放在一個籃子裡,然後拉動把手,你無法把自己抬起來,因為當你用手向上拉的時候,你用腳向下推。如果你開槍,你會感到反衝。所有這些都是第三定律的例子。

然而,第三定律並不是真正的定律,因為它並不完全正確!在電動力學中,事實證明,物體可以透過“自身”來提升自己。但是,動量守恆,它與第三定律非常相似,仍然是正確的。

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