更新時(shí)間：2024-05-23 08:30:18作者：佚名
在牛頓三定律中，牛頓第三定律是牛頓獨(dú)立做出的偉大發(fā)現(xiàn)，它揭示了物體間相互作用的規(guī)律，從而把不同物體的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。牛頓第三定律是牛頓力學(xué)成為一個(gè)完整理論體系的關(guān)鍵因素，因此從各個(gè)角度闡述牛頓第三定律的豐富內(nèi)涵和理論地位，對(duì)正確理解第三定律乃至整個(gè)牛頓力學(xué)都具有重要意義。牛頓第三定律是物理學(xué)中的重要定律之一，然而在涉及到電磁力時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題，讓人感到困惑。例如下面兩個(gè)例子：例1）穩(wěn)態(tài)電荷系統(tǒng)的相互作用，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力例2）非穩(wěn)態(tài)電荷系統(tǒng)的相互作用在非穩(wěn)態(tài)下，兩個(gè)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電流元素之間的相互作用，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)量的運(yùn)動(dòng)帶電粒子之間的相互作用。 當(dāng)涉及到電磁力的時(shí)候，似乎牛頓第三定律有時(shí)候成立（如例1），有時(shí)候不成立（如例2），有些電動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)教科書(shū)也提到，對(duì)于兩個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用力，牛頓第三定律不成立。難道牛頓第三定律真的不具有普適性嗎？ 1.1 牛頓第三定律的由來(lái) 十七世紀(jì)中葉，碰撞問(wèn)題成為科學(xué)界普遍關(guān)注的話題，許多科學(xué)家致力于這一問(wèn)題的研究。當(dāng)時(shí)笛卡爾是最早研究碰撞問(wèn)題的人之一。1664年，受笛卡爾的影響，牛頓也開(kāi)始研究?jī)蓚€(gè)球形非彈性剛體的碰撞問(wèn)題。1665年至1666年，牛頓研究了兩個(gè)球形剛體的碰撞問(wèn)題。
與其他科學(xué)家不同，他沒(méi)有把注意力放在動(dòng)量和動(dòng)量守恒上，而是放在物體之間的相互作用上。對(duì)于兩個(gè)剛體的碰撞，他提出“它們之間的壓強(qiáng)在它們相向而行的瞬間（也就是相撞的瞬間）達(dá)到最大，……它們的整個(gè)運(yùn)動(dòng)在這一瞬間被它們之間的壓強(qiáng)所阻止，……只要兩個(gè)物體不相互屈服，它們之間就會(huì)有同樣劇烈的壓強(qiáng)，……它們?cè)诜磸椫埃舜诉h(yuǎn)離的程度和它們相向而行的程度一樣大。”從上面這段話可以看出，牛頓已經(jīng)意識(shí)到在碰撞的瞬間，它們的運(yùn)動(dòng)是被它們之間的壓強(qiáng)所改變的。后來(lái)，牛頓意識(shí)到：“如果兩個(gè)物體P相遇，由于P的大小相同，它們之間的阻力也相同。”同時(shí)，他還用一個(gè)圖清楚地表明了P所受的力在同一直線上。 可見(jiàn)，牛頓在1665年至1666年間就已經(jīng)意識(shí)到了牛頓第三定律的全部?jī)?nèi)容，但直到20多年后，他才在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中正式將其作為牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律之一提出。1668年至1669年間，惠更斯、沃利斯和雷恩也對(duì)碰撞問(wèn)題做了大量研究，得出了一些重要結(jié)論。其中，惠更斯的工作更為突出，他證明了兩個(gè)硬體在碰撞過(guò)程中同方向的動(dòng)量保持不變，糾正了笛卡爾不考慮動(dòng)量方向性的錯(cuò)誤，并首次提出了碰撞前后動(dòng)量守恒。
” 牛頓正式提出第三運(yùn)動(dòng)定律時(shí)，肯定了他們的工作，但同時(shí)也指出了它們的局限性。牛頓認(rèn)為：“雷恩和惠更斯的理論都是建立在絕對(duì)堅(jiān)硬的物體上的，而用理想的彈性體可以得到更確定的結(jié)果，用非理想的彈性體，如受壓的木球、鋼球和玻璃球等進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)消除了誤差，結(jié)果是一致的。”1673年，馬里奧用兩個(gè)單擺進(jìn)行了碰撞實(shí)驗(yàn)，巧妙地測(cè)出了碰撞前后的瞬時(shí)速度。牛頓也重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步討論了空氣阻力的影響和改進(jìn)方法，修正了結(jié)果。就這樣，牛頓在對(duì)碰撞問(wèn)題的研究和總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了作用與反作用定律，并從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。1687年，牛頓正式提出第三運(yùn)動(dòng)定律，即“運(yùn)動(dòng)第三定律”。他寫(xiě)道：“對(duì)于每一個(gè)作用，總有一個(gè)大小相等、方向相反的反作用；換言之，兩個(gè)物體之間的相互作用總是大小相等、方向相反的。” ”從牛頓第三定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以看出，牛頓在從力的角度研究碰撞問(wèn)題時(shí)，發(fā)現(xiàn)了作用力和反作用力的定律，他在別人對(duì)動(dòng)量的研究基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，從而揭示了兩個(gè)物體碰撞時(shí)力的相互作用規(guī)律。因此牛頓力學(xué)三定律，如果說(shuō)牛頓第一、第二定律是牛頓在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上提出的，那么牛頓第三定律則是牛頓自己獨(dú)立做出的偉大發(fā)現(xiàn)。2.牛頓第三定律的理論2.1牛頓第三定律的理論地位和作用眾所周知，作為經(jīng)典力學(xué)的一個(gè)完整的理論體系牛頓力學(xué)三定律，它需要解決兩個(gè)問(wèn)題，一是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化與外力的關(guān)系；二是兩個(gè)物體之間相互作用的關(guān)系。
牛頓用速度來(lái)描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用力來(lái)描述物體間的相互作用，建立了牛頓第二定律和牛頓第三定律，揭示了上述兩個(gè)問(wèn)題的規(guī)律。因此，對(duì)于一些由若干物體組成的封閉的力學(xué)系統(tǒng)，可以由牛頓第二定律建立若干個(gè)方程，而它們之間出現(xiàn)的各種力之間的關(guān)系則由牛頓第三定律給出。那么這套完整的方程就描述了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了完整的理論體系。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用速度、動(dòng)量、動(dòng)能等物理量來(lái)描述，受到的力可以用力、沖量和功來(lái)描述。牛頓第二定律、動(dòng)量定律和函數(shù)關(guān)系決定了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化與外力之間的關(guān)系。牛頓第三定律和動(dòng)量守恒定律把相關(guān)物體的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起。由于牛頓第三定律，人們對(duì)“內(nèi)力”的概念有了真正的認(rèn)識(shí)，即一切內(nèi)力都是成對(duì)出現(xiàn)的英語(yǔ)作文網(wǎng)，不存在單一的內(nèi)力。 也正是因?yàn)榕ｎD第三定律，才有“組合”。