牛顿第三定律错在哪里
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牛顿第三定律错在哪里？
摘要：
牛
顿第三定律主要有两个错误，一是没有认识到“作用力”与“反作用力”的本
质区别，<
/p>
把
“反作用力”
和
“反向作用力”
这两个概念混为一谈，
错误地定义了
“反作用力”
这个概念；二是以偏概全，把部分的Ｆ
反
＝－Ｆ推广为普遍规律。由于牛顿第三定律的错误
影响，
会束缚大家的创造性思维，从而妨碍运动机械的创新设计，所以我们必需纠正。
关键词：
作用力、反作用力、反向作用力、
Ｆ
反
＝Ｆ
阻
≤－Ｆ
自从<
/p>
2000
年
7
月
我在湖南的《发明与革新》杂志上发表《鱼尾巴挑战牛顿第三定律》
一文后，引起了物理
学界对牛顿第三定律的关注，有些朋友认为我们的观点正确应该肯定，
但是还有大部分人
不接受我们的观点，
认为牛顿第三定律绝对正确不可更改。
后来
，
我们又
发表过《
“牛顿第三定律”的
再商讨》和《
“作用力”与“反作用力”的本质区别》等文章进
一步阐述我们的观点，特别是《
“作用力”与“反作用力”的本质区别》得到大家的广泛
认
可，
被许多物理教学网站广泛转载。
为了促进大家早日理解和认同我们的学术观点，
这次提
出了更加
充分的证据，
打算从以下三个方面来阐述牛顿第三定律究竟错在哪里。
< br>我们以牛顿
之矛Ｆ＝
ma
，来攻
牛顿之盾Ｆ
反
＝－Ｆ，请大家看看哪个是正确的呢？
一、作用力与反作用力的本质区别
大家经常在使用“反作用力”这个概念，但是，对于究竟应该
把什么样的力叫做“反作
用力”却不甚了解。我们查阅了许多物理教材和词典，都没找到
关于“反作用力”的确切定
义，而只是依照牛顿第三定律来进行描述：
< br>“两个物体之间的作用力和反作用力总是同时存
在，大小相等，
< br>方向相反，
我们把其中的任意一个力叫做作用力，那么另一个力就叫做反作
用力”
。
我们先放下前头的几句不说，
只说后
面一句就存在严重问题，
怎么能够任意把哪个力叫
做作用力或者
反作用力呢？在现实生活中，
有些东西的确是可以不分彼此的，
但是，
还有许
多东西是必须按照一定的规则来准确划分的。
譬如两弟兄就只能把年龄大的叫哥哥，
年龄小
的叫弟弟嘛；又譬如原告与被告就不能任意颠倒嘛；尤其是不能把
“你打我”
颠倒过来说成
是“我打你”对吧。
但是，根据他这个定义，就可以导
出“你打我等于我打你”的荒唐结果。原因就在于这
个定义犯了一个严重的逻辑错误，<
/p>
在定义概念的过程中包含了被定义的概念。
它不仅没有反
映出
“反作用力”
的本质属性，而且还把
“反作用力”
和
“反向作用力”
这两个概念混为一
谈，使
“反作用力”
的研究工作失去了意义。所以长期以来，反作用力的有关性质都末能得
到大家
的充分认识和利用。
那么，
究竟应该把哪些力叫做
“
< br>反作用力
”
呢？两个物体之间的相互作用可以分为下面两
类情况，先让我们来分析一些具体实例，就可以看出其中的奥妙。
第一类是甲物体主动作用于乙
物体，
乙物体随之被动地作用甲物体。
例如人推车，
马拉
车，汽车追尾，
篮球打击地面，
一个运动的铁球碰撞另一个不动的铁球等等。在这类情况中
把甲物体对乙物体
的力叫做“作用力”
，把乙物体对甲物体的力叫做“反作用力”是比较合
理的，
在大家的心目中这两个概念也是这个意思。
但是
如果把它们颠倒过来，
把乙物体对甲
物体的力叫做“作用力”<
/p>
，
把甲物体对乙物体的力叫做“反作用力”那就不合理了。
第二类是甲乙两个物体都主动地作用于对方，
两个物体之间同时存在
主动作用和被动作
用。
例如两个人搬手劲，
拔河，
两条牛顶角，
两个运动的车对撞，
< br>两个运动的铁球对撞等等。
在这类情况中如果也把甲物体对乙物体的力叫做
“
作用力
”
，
把乙物体对甲物体的力叫做
“
反作
用力
”
就不太合理了。因为，甲乙两个物体之间既
有主动作用于对方的力存在，也有被动作
用于对方的力存在，所以，我们认为甲乙两个物
体除了受到对方的
“
反作用力
”
外，同时还受
到了对方的
“
< br>反向作用力
”
。
甲乙两个物体之间的这两类不同的作用所受到的力大小显然不
同，
作用的效果也显然不
同。
但是，<
/p>
牛顿第三定律和现行的物理学教材把它们混为一谈不加区别，
明显
是违反科学规
律的做法。由此可见，
牛顿第三定律的第一个错误
，就是没有搞清楚“作用力”与“反作用
力”
的本质区别，
把
“反作用力”
和
“反向作用力”
这两个概念混为一谈，
错误地定义了
“反
作用力”这个概念，使“反作用力”的研究工作失去了意义。
通过上述实例可
以看出，
作用力和反作用力的本质属性完全不同。
作用力总是主
动地作
用于物体，具有明显的攻击性；而反作用力却总是被动地作用于物体，具有明显的
防御性；
作用力可以不依赖反作用力的存在而存在，但是反作用力则必须依赖作用力的存
在而存在。
反向作用力则与作用力的性质相似，都会主动地攻击对方，只不过方向相反罢
了。
通
过对比分析我们发现：作用力与反作用力的关系和光线的反射特别相似，
“
作用力
”
好
比是射入的光线
，
“
反作用力
”
则好比是反射出来的光线，
作用力是甲物体向乙物体发出的力，
反作用力是乙物体给甲物体反传回来的力。
其次作用力与反作用力的方向也和光线的反
射特
别相似，具体情况如下面的两张图片所示。
反射光线不是一种原始光线，
它必须依赖入射光线的存在而存在；<
/p>
反作用力也不是一种
原始力，
它必须依赖
作用力的存在而存在。
反射光线的这些性质与反作用力的性质都特别相
< br>似。
根据逻辑学中定义概念的一般方法和规则，
我们认为应该明确地把
< br>“反作用力”
定义为：
物体在受到外力作用时，
被动地反抗施力物体而产生的一种应力和阻力叫做反作用力。
例如
物体抗拉的张力、抗压的应力、
摩擦阻力、惯性阻力、弹性阻力等等都
是构成反作用力的因
素。
反向作用力是一种方向相反的作用力，
绝对不能把它叫做反作用力，
否则就会与牛顿第
三定律犯同样的错误。还应该明确地把“作用力”
定义为：物体主动施加在另一
个物体上的
力叫做作用力。例如推力、拉力、压力、吸引力、排斥力等等都是构成作用力
的因素。根据
这两个定义就可以明确地界定“作用力”和
“
“反作用力”的内涵和外延，从此以后，大家
就再也不会把“作用力
”和“反作用力”这两个概念混为一谈了。
二、作用力与反作用力的大小相等吗？
在讲到
这两个力的大小时，
过去的物理老师都会拿出两个弹簧秤来，
用
这个实验来证明
它们的大小是相等的，
然后推而广之说这两个力
在任何情况下都是相等的。
现在的物理老师
还会拿出各种测力传
感器来，
连接到电脑上让学生进行更多的实验，
来证明作用力与
反作用
力相等。
但是，
通过这种方法得出的结论并不那么正确，
因为这种测量作用力和
反作用力的方法
本身就有问题。
例如下图所示，
如果我们在Ａ、Ｂ两个弹簧秤中间再加一个弹簧秤Ｃ，
请问
Ｃ测出来的又是什么力呢？如果按照物理老师解释实验的逻辑来讲，
无论你说它是作
用力或
者是反作用力都有问题。
又譬如
人在地球上的重量
（重力）
是基本不变的，
假如我们到一个电梯里面用三种方法
来称一个人的体重：
第
一种是电梯静止不动；
第二种是电梯加速下降；
第三种是电梯加
速上
升。称得的结果一样吗？电子秤上的读数各是什么力？都是作用力与反作用力吗？<
/p>
根据我们
的分析，
人的重力是不变的，
即是说人对电梯的作用力是不变的
，
就是他在电
梯静止时称出的重量。
第
一、
二两种情况下称出的是电梯对人的反作用力；
第三种情况称
出
的是电梯对人的反作用力加上电梯对人的反向作用力。
由此可
见，
用测力传感器来直接测量
作用力与反作用力大小的方法是错
误的，
只有根据科学原理进行分析判断，
才能得出正确的
结论。
为了深入探讨作用力与反作用力的大小关系，我们将通过下面
几个实际案例的对比分
析，来进一步找出更有说服力的证据。
实例一：
大家都知道人跑步是因为人从地面获得反作用力推动人前进的，
为什么同一个
人在公路上跑步比在沙滩上跑步的速度快呢？那肯定是在公路上跑步比在沙滩上跑步获得< p>
的反作用力更大嘛！
实例二：
撑船与划船对比分析，
有经验的人都知道撑船比划船的速度快多了，
为什么呢？
因为撑船比划船获得的反作用力大嘛！
同样的作
用力，
为什么获得的反作用力大小不同呢？
在浅水中用篙撑船是
直接作用在坚硬的河床上，
篙所受到的阻力特别巨大；
而在深水
里用桨
划船是作用在柔软的水面上，桨所受到的阻力就比前面小多了。
< br>
上述两种解释虽然很有道
理，
但是大家总认为这是主观猜想，
并没有拿出令人折服的客<
/p>
观数据。
为了让大家充分认识牛顿第三定律的错误，
经过多年的反复研究最近突然来了灵感，
我们终于找到了可以说明问题的客观
数据。
在许多场合中反作用力的大小是不好用一个仪器来进行测量的，
但是，
< br>我们却还是可以
通过一些力学公式来进行推算。
对于在公
路和沙滩上跑步的案例，
我们可以选择一段长度适
合测试加速度
的路程（
50m
或
100m
）先测量出他在各处所用的时间，同一个人在公路上跑
步的时间
t
1
小于他在沙滩上跑步所用的时间
t
2
，
就说明他在公路运动
的速度快，
假设在两种
场合都是从静止开始的，根据
S = v
o
t
+
1
a t
2
就可以算出，他在公路上产生的加速度
a
1
大于
2
在沙滩上的加速度
a
2
。
因为同一个人的力量Ｆ和体重
m
都是不变的，
根据Ｆ＝
ma
可以得出：
Ｆ
公路反
＝
ma
1
>
Ｆ
沙滩反
＝
ma
2
，同时也可以充分说明反作用
力小于作用力是客观事实了。
根据同样的道理，
我们选择一段长度
适合测试加速度的路程，
也可以测算出同一个人在
撑船与划船两
种情况下：
Ｆ
撑船反
＝
ma
1
>
Ｆ
划船反
＝
ma
2
。
综合这两个分析结果我们就可以得
出一个结论：Ｆ
反
＝－Ｆ并不是普遍规律；Ｆ
反
<
－Ｆ也是大量存在的客观事实。
除了用这种方法来证明Ｆ
反
<
－Ｆ是客观事实外，我们还可以用另外一种方法说明Ｆ
反
<<
/p>
－Ｆ也是必然的结果。请大家回头再来看看下面这张图片：
同反射光不是原始光一样，
反作用力也不是原始力，
它是依靠受力物体传递出来的一种
力。
就像光在传递过
程中会减弱一样，
力在传递过程中也必然会减小，
没有减小那只
是特殊
情况。
例如玻璃和其它表面光滑的物体也可以反射光线，
但是，
它们反射光线的能力却不如
镜子
反射光线的能力强，
可见反射光线的强弱与反射光线的物体密切相关；
< br>又如这张图片中
象征作用力的小球一样，
当它落在坚硬的
板面上时回弹的高度就比较大，
当它落在比较松软
的板面上时回
弹的高度就比较小，
可见反作用力的大小也与受力物体的属性密切相关。
在受
到相同的作用力时，
有些物体传递出的反作用力大
，
有些物体传递出的反作用力小，
这就是
反作用力会小于作用力的必然结果。
换言之：作用力的大小由施力物体决定，反作用力的大小是由
受力物体决定的。