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等反作用:牛顿第三运动定律

一枚正在弗吉尼亚沃洛普斯飞行设施发射的测试火箭。(美国宇航局沃洛普斯飞行设施)

艾萨克牛顿第二运动定律描述了外力作用于静止或匀速直线运动的大质量物体时所发生的情况。施加外力的物体会发生什么情况?牛顿第三运动定律描述了这种情况。牛顿在1687年发表了他的运动定律,在他的开创性著作《自然哲学的数学原理》(PhilosophisæNatural is princia Mathematica)中,他正式描述了在外部影响下,大质量物体是如何运动的力。

牛顿扩展了伽利略伽利略早期的工作,伽利略伽利略根据俄勒冈州大学物理学教授格雷格·博顿的观点,为质量发展了第一个精确的运动定律。伽利略的实验表明,所有物体无论大小或质量如何,都以相同的速度加速。牛顿还对笛卡尔的著作进行了批判和扩展,笛卡尔在1644年出版了一套自然定律,那是牛顿出生两年后。笛卡尔定律与牛顿第一运动定律非常相似,

推回力

总是成对出现;当一个物体对另一个物体推回时,第二个物体也同样用力推回。例如,当你推推车时,推车向后推;当你拉绳子时,绳子向后拉;当重力把你拉到地面上时,地面向上推你的脚。这种现象的简化形式被表达为“不被触摸就不能触摸。”

如果物体A对物体B施加力F,那么物体B对物体A施加相等和相反的力F。其数学表达式为F A B=-F B A

下标AB表示A对B施加力,B a表示B对a施加力,负号表示力的方向相反。通常FAB和FBA被称为作用力和反作用力;然而,选择哪一个是完全任意的。

如果一个物体比另一个大得多,特别是在第一个物体被锚定在地球上的情况下,几乎所有的加速度都被赋予对于第二个物体,可以安全地忽略第一个物体的加速度。例如,如果你要把你的脚放在地上,然后把一个棒球扔到西边,你就不必考虑当球在空中时,你实际上使地球的自转稍微加速了。然而,如果你站在溜冰鞋上,向前扔一个保龄球,你就会开始以明显的速度向后移动。

有人可能会问,“如果两个力相等且相反,为什么它们不互相抵消?”事实上,在某些情况下是这样的。想想放在桌子上的一本书。书的重量用一个力mg向下推在桌子上,而桌子用一个相等和相反的力向上推在书上。在这种情况下,力相互抵消,因为书不加速。原因是两种力作用在同一物体上,而牛顿第三定律描述了两个不同的物体相互作用。马拉着马车,马车拉着马。这两种力量是相等和相反的,那为什么马车会移动呢?原因是马也在地面上施加一种力,这种力是在马车系统之外的,地面对马车系统施加一个力使其加速。

牛顿第三定律的作用

火箭在太空中飞行包含了牛顿的所有三个运动定律。

当发动机点火并推动火箭前进时,它是一个反作用的结果。发动机燃烧燃料,燃料向船尾加速。这会产生一个反方向的力来推动火箭前进。逆冲rs也可以用于火箭的侧面以使其改变方向,或者在前面产生一个向后的力来减慢火箭的速度。

,如果在火箭外部工作时,宇航员的绳子断了,他们偏离火箭,他们可以使用他们的工具之一,例如,改变方向和回到火箭上去。宇航员可以把锤子朝他们想去的地方正对面的方向扔。锤子会很快飞离火箭,宇航员会很慢地返回火箭。这就是为什么牛顿第三定律被认为是火箭科学的基本原理。

由现场科学撰稿人雷切尔·罗斯(Rachel Ross)补充报道。

另见:

牛顿运动惯性定律和牛顿第一运动力、质量和加速度定律:牛顿第二运动定律

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