一对作用力和反作用力

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摘要: 力是物体间的相互作用,甲物体对乙物体有作用力,乙物体也必对甲物体有作用力。它们不能离开物体而孤立地存在。我们把其中的任意一个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力。科技馆演示作用力与反作用力的展品设有可通电的两只线圈,两只线圈各由弹簧与测力计相连接。线圈通电后将产生磁场,在磁力的作用下,两只线圈相互靠拢使弹簧牵动测力计。我们可以从测力计上很直观地观察到:作用力与反作用力都作用在同一条直线上,且大小相等、方向相反。根椐牛顿第三定律:两个物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在一条直线上。

关键词: 作用力; 反作用力; 牛顿第三定律

中图分类号: G427 文献标识码: A 文章编号:1009-8631(2010)04-0121-01

一、作用力和反作用力与一对平衡力的区别

要弄清一对作用力和反作用力,首先要弄清它和一对平衡力的区别。

相同点:

它们都具有大小相等,方向相反,作用在一条直线是上的特点。

不同点:

a. 作用力和反作用力作用在两个物体上;而平衡力的两个力作用在同一个物体上。

b. 作用力和反作用力作用是同一种性质的力;而平衡力的两个力可以是不同性质的力。

例:如图(1)中物体受到的拉力T和它对绳子的拉力T’,都是弹力;而物体受到的一对平衡力却是重力G和拉力T,是不同性质的力。

c. 作用力和反作用力,一定同时产生、同时变化、同时消失。

如上例中如果给物体施加一竖直向下的拉力T2,则绳子对物体的拉力变为T=T2+G,此时物体对绳子的反作用力的大小也变为T’=T2+G

d.一对平衡力由于作用于同一物体其共同目的是为了保持物体处于平衡状态,而一对作用力与反作用力由于作用点分别作用在两个不同的物体上,所以各有各的效果,它们可以相同,也可以不同。

二、一对作用力与反作用力的冲量

冲量是力对时间的一种累积作用,它是矢量,正由于一对作用力与反作用力的大小相等,方向相反,并且作用的时间相等,所以它们的冲量也一定是大小相等、方向相反的。对选定的由两个物体组成的系统而言,存在于它们之间的一对作用力与反作用力在任何一段时间内的冲量的矢量和总为零,即存在于系统间的内力不会改变系统的动量。若该系统不受外力或所受合外力为零,则该系统动量守恒。

三、一对作用力与反作用力的做功情况

功是力对空间的一种累积作用,是一个过程量,它是标量,它的大小等于力沿受力点位移方向的投影与受力点位移大小的乘积。哪一对作用力与反作用力做的功是否还一定有大小相等、符号相反呢?下面就这一问题作重点讨论:

(一)作用力与反作用力做的功可以大小相等、符号相反

如图(2),在光滑的水平面上,用力F推靠在一起的A、B两物体向前运动一段位移,由于有FBA=-FAB,SA=SB,所以得:WAB=-WBA。

再如,图(3)中A、B两物体叠放在一起在水平外力F作用下向前加速运动过程中,存在于两物体间的静摩擦力做的功大小相等、符号相反。

(二)作用力与反作用力做的功可以大小相等、符号相同

1. 都做正功:例如图(4)所示,放置于光滑水平面上的两个带异种电荷且完全相同的带电物体A、B,由静止开始在静电引力作用下各移动了一段大小相等的位移,由于两力的方向与其对应的位移同向,则两相互作用力做的功大小相等、符号相同。

2. 都做负功:例如图(5)中,若两物体以相同的初速度分别向相反的方向运动,在任一段时间内通过的位移大小相等则两物体间的相互作用力做大小相等的负功。

(三)作用力与反作用力做的功大小不等、符号相同

在图(4)中,若A、B两物体的质量不等,则它们在相同的时间内完成的位移不等,则两相互作用力做的功大小不等、符号相同。

(四)作用力与反作用力中可以是一个力做功,而另一个力不做功

再如图(6)所示,在光滑的水平面上由静止释放B物体,则在B向右加速运动的过程中,B对A的作用力不做功,而A对B的反作用力做正功。

综上所述,一对作用力与反作用力做的功并不一定是大小相等、符号相反的,其原因是作用力与反作用力的作用点分别作用于两个不同的物体,在相互作用的过程中其位移并不一定相同。也正因为如此,由两个物体组成的系统若不受外力或所受外力做的功为零,但由于内力做功的代数和不一定为零,则该系统的总动能并不一定守恒,如在爆炸过程中,系统的内力做正功,系统的总动能增加。