討論:牛頓第三運動定律

討論

牛頓第三定律，時常會被許多人一知半解地應用．這也許是因為以下幾個原因：它從來就沒有被詳細地解釋清楚、它經常被不正確地描述在許多刊物里(包括教科書)、猛然一看下，牛頓運動定律是反直覺的（參見那篇文章的歷史觀點與三條定律的字句）。

我們必須了解一點：牛頓第三定律內，所提到的反作用力是施加在另外一個物體，而不是作用力施加在的物體。舉例而言，因為萬有引力，當物體 A 吸引物體 B 時（作用力），物體 B 也同時吸引著物體 A（大小相同，方向相反的反作用力）。

我們必須記住另外一點：這反作用力的物理本質與作用力的是完全相同的。如果作用力是由萬有引力而來，那麼，反作用力也是由萬有引力而來。因此，任何關於一個問題的研討，如果結論是作用力與反作用力的物理本質不相同，則此結論必定是不正確的；我們必須拋棄這不正確的結論。

• • 正確的分析**
• 地球循軌道繞着太陽運行。這是因為地球感受到太陽的萬有引力(作用力)。這裏，作用力的角色是向心力，保持地球在太陽的附近。同時，太陽感受到地球的萬有引力於(反作用力)，與作用力大小相同，方向相反（在這裏, 拉引著太陽往地球移動｝。因為太陽的質量超大於地球，看起來地球的拉引對於太陽並沒有造成甚麼反應；但事實上，太陽有反應。關於這兩個物體聯合的運動（忽略所有其它天體），一個正確的描述是，它們都循軌道繞着整個系統的質心運行。
• 思考一個鉛球，垂懸在一根（不能伸展的）鋼纜的末端。而鋼纜的另一端連接於實驗室的天花板．因為鉛球的重量，它被拉向地球（作用力）。對應的反作用力是鉛球施加於地球的萬有引力: 這與鋼纜完全無關；實際上，甚至在沒有鋼纜時，反作用力仍舊存在。從另一方面看，如果鋼纜的張力將鉛球向上拉扯，防止它下落，那麼鉛球也同時拉扯著鋼纜，大小相同，方向相反。如果，對於天花板，這簡單的系統是靜止的（絕對沒有加速度），牛頓第一定律指明，鉛球所受到的淨力等於零。我們已經知道，鉛球受到兩個不同的力（地球的地心引力與鋼纜的張力）。我們可以斷定，這兩隻力必然是大小相同，方向相反；也就是說，它們相互補償。但是，這並不表示它們是一對作用力與反作用力。
• 為了要檢查這些概念的解釋是否正確，讓我們把鋼纜改換為彈簧。如果這新系統最初是靜止的（相對於實驗室的天花板）。則前面的分析也適合．但是，如果，這系統現在被微擾（例如，鉛球被輕輕的推一下或拉一下），鉛球開始上下震動。由於加速度的產生，根據牛頓第一定律，我們論定淨力不等於零。可是，鉛球與地球的質量都沒有改變；鉛球與地球質心之間的距離也幾乎一樣。所以，源於萬有引力的作用力與反作用力仍舊不變。不同的是我們現在有一個動力系統，鉛球所受到的萬有引力暫時的與彈力失去平衡。彈力的大小與方向都隨時間而改變（震動頻律跟彈簧的彈簧常數有關）。彈力和彈簧的長度變化量成線性關係。

• • 錯誤的分析**
• 牛頓第三定律時常是用一種簡單的，但是不完全的與不正確的句子陳述出來：

作用力與反作用力的大小相同，方向相反。

對於每一道作用力，都有一道大小相同，方向相反的反作用力。

這些句子沒有成功的清楚表述出，作用力與反作用力是施加於不同的物體。並不是因為兩隻力，正好大小相同，方向相反，它們就自動地形成了，符合牛頓第三定律的，一個作用力－反作用力的力對。

• 作用力與反作用力問題時常跟平衡問題混淆。例如，思考這個句子：

一本書穩定的直立在桌子上。因為，它的重量，一道將它往下拉的力，與桌子的反作用力，一道將它往上推的力，互相平衡。

如上所述，這並不符合牛頓第三定律的正確含意。既然兩道力都施加於同一個物體，它們不可能成為作用力－反作用力的力對。無論如何，靜止與牛頓第三定律是毫不相關的。特別注意，重量的概念時常會被誤解。

• 另外一個非常普遍的錯誤聲明：

離心力是向心力的反作用力。

明顯的，如果一個物體，同時受到一道離心力與一道大小相同，方向相反的向心力，淨力等於零；這物體不會呈現圓周運動。離心力是道偽力：只有在非慣性參考系內，才會測量出離心力的存在。

爭議

上述的情況有不清楚之處，原因在於未對系統作定義。 簡而言之，既然討論鉛球與地球間的引力關係，就不應該將鋼纜考慮進來。或者說，鋼纜應該與鉛球成一系統對應於地球引力。 另而言之，若只考慮到鋼纜與鉛球間的對應關係。則鋼纜張力反作用於鉛球重力，或鉛球重力反作用於鋼纜張力，便可成立。 以上是由系統的觀察點而定。也符合第牛頓三定律。 我覺得，牛頓第三定律他並未對對於"力來源"作定義，所以我們不應該一廂情願為其加上註解，並無限上綱。 與其作錯誤理解，寧可去推翻或修改之。

提到鋼纜的主要目的，就是要顯示出，鉛球所受到的兩種不同的力（地球的地心引力與鋼纜的張力），並不是一對作用力與反作用力。老陳 (留言) 2008年11月17日 (一) 06:53 (UTC)

「成雙結對的配對力「章節中「如右圖所示，兩位溜冰者溜冰者彼此施加於對方的力，大小相同，方向相反。」 多了一個溜冰者。Albert Ge(留言) 2018年2月12日 (一) 03:03 (UTC)

• 謝謝指出筆誤，已修正。--老陳（留言） 2018年2月12日 (一) 23:26 (UTC)