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16-5牛頓第三運動定律

作用力與反作用力

現象:

(1) 一個穿溜冰鞋的人,向前推牆或欄杆,我們發現此人會後退,顯然牆或欄杆必然給此人推力。
(2) 用力拍打物體,你也曾覺得痛,可見物體一定有給你作用力,而且拍打的力量愈大,作用在你手上的力量也愈大。
(3) 游泳時,當你用力向後撥水,你會獲得向前的力量;因而得以前進。

作用力與反作用力:

(1) 如圖,當手﹙施力體﹚拉彈簧﹙受力體﹚時,彈簧受力而伸長,但手同時受力到彈簧﹙受力體﹚拉手﹙施力體﹚的力作用。
(2) 承(1),我們稱手拉彈簧的力為作用力,則彈簧拉手的力為反作用力。
(3) 若A作用於B的力為FAB。,則必同時有一B作用於A的力FBA,即FAB為作用力時,FBA為反作用力。

圖:手扭彈簧之受力情形

牛頓第三運動定律

內容: 每施一作用力於物體,物體必給予施力者一反作用力,作用力與反作用力大小相等方向相反作用在同一直線上

實例說明:如圖。

(1) A、B兩人分別坐在滑板上,各握著繩的一端,當A單獨拉繩時,A、B便會相向運動;當B單獨拉繩時,A、B也會相向運動。
(2) 承(1),這現象顯示A作用於B時,B也會以相反方向的力作用於A;而當B作用A時,A也會以相反方向的力作用於B。
(3) A、B之間的作用力與反作用力同時發生、同時消失但不會互相抵消,這是因為如果作用力在A身上,則B就受反作用力。

圖:作用力與反作用力

討論:

(1) 作用力與反作用力大小相等、方向相反,且均沿同一直線作用,但若作用在不同物體,則不可互相抵消。
例: 甲施F力於乙,乃落在乙身上;而乙對甲的反作用力,則落在甲身上,故兩力不能互相抵消。故大人與小孩比腕力,大人作用於小孩的力量始終等於小孩作用於大人的力量。

(2) 若作用力與反作用力發生在同一系統(或物體)時,則對系統(或物體)而言此兩方可互相抵消,因此對於整個系統沒有效果,不會影響整體的運動狀態。故稱此兩力為系統(或物體)的內力。
例: 欲以手臂施力抱起自己時,發現施再大的力都無法將自己舉起。
在車內推車不影響車速
船上以大風扇吹船帆時船速不變(若對外吹則會影響)
(3) 作用力與反作用力必同時出現,亦同時消失,且兩者為一種交互作用力而並非平衡力。

比較:

例1: 下圖所示為放在桌面上的一本書,其中書壓桌面的力量W'(向下,大小為等於書的重量W)與桌面支撐書的力量R(向上,大小也等於W),為作用力與反作用力。而地球吸引書的力量W(向下)與桌面支撐書的力量R(向上,大小等於),都作用於書,為平衡力。W'與R兩力同時出現,亦同時消失。例如我們用手將書輕輕地提起,則書不在對桌子施力,及W'=0,同時桌對書的反作用力R亦消失。

例2: 下圖所示甲、乙互推,不管何者贏,甲推乙的力與乙推甲的力,大小必相等,因為兩者為作用力與反作用力。而甲、乙地都受到地面的阻力,若兩人不分勝負,表示地面阻擋甲的力與乙推甲的力平衡(地面阻擋乙的力與甲推乙的力平衡);若甲前進,乙後退,表示地面阻擋甲的力大 於乙推甲的力(地面阻擋乙的力小於甲推乙的力)。

日常生活中一些常見的實例:

(1) 人在地面上行走,腳向地面施力,地面給予腳反作用力,我們就是靠地面施於腳的反作用力而得以前進。
(2) 起跑時腳蹬起跑架,起跑架對腳施加反作用力,利於起跑。

(3) 腳穿溜冰鞋站在光滑地板上,用力向前投擲任何物體時,則你自己就會受到反作用力而後退。
(4) 火箭升空時,火箭底部噴出大量的氣體使火箭漸漸上升,火箭升空的力量,就是強力噴出氣體的反作用力。

(5) 游泳時,手向後划水,手及身體受到水的反作用力而前進。
(6) 輪船的螺旋推進器對水施力,使船獲得反作用力而前進。
(7) 跳高、跳遠時都需要用力蹬地,以獲得足夠的反作用力。
(8) 開槍時,子彈受到作用力而前進,槍身受到反作用力而後退。
(9) 草坪上或花園中的自動灑水龍頭,水噴出時給予水龍頭反作用力,使水龍頭自動旋轉。

做做看

將氣球吹脹後,手按住出口,然後再將手放開,觀察氣球運動的情形,並試著解釋氣球運動的理由。

答: 下圖中,當放開汽球時,因汽球彈力將球內氣體擠壓出來,被壓出的氣體給予汽球反作用力,使氣球後退。