当我们打开一扇门的时候,必须把门上的把手朝着自己拉过来,通过手臂上肌肉的收缩,使它靠近我们的身体。同时,门会产生同样大小的力把门和我们的身体互相拉近。显然,这时候,在我们的身体和这扇门之间,一共有两个力在发生作用。一个力作用在门上,另一个力作用在我们的身体上。这是门朝我们打开的情况。如果情况相反,我们想把一扇门推开,道理也是一样的,力会把门和我们的身体推开。
刚才,我们提到了肌肉的力量。从本质上来说,肌肉的力量跟其他的力一样,都会对物体产生作用。而且,对每个力来说,都会向两个相反的方向发生作用。或者,我们可以说,力有方向正好相反的两个头,一头作用在发力的物体上,另一头作用在受力的物体上。在力学中,这一个观点表述得非常简短,以致很多人不是很理解其中的含义,就是“作用力等于反作用力”。这就是牛顿第三定律。它的意思是:在整个宇宙间,所有的力都是成对存在的。对于每一个表现出来的力,都有一个跟这个力相等但方向相反的力在某个地方存在。而且,这两个力一定作用于两个点之间,使它们相互靠近或者远离。
下面,我们来看一下 图 。在图中气球的下方,一共有三个力,分别是P、Q和R。其中,P表示气球的牵引力、Q表示绳子的牵引力,R表示挂坠的重力。表面看来,它们都是独立存在的。但是,这只是表面现象,实际上,对这三个力来说,都存在一个跟它相等但是方向相反的力。具体来讲,对于气球的牵引力P来说,存在一个加在拴气球的线上的相反的力P1;对于绳子的牵引力Q来说,存在一个加在手上的相反的力Q1;对于挂坠的重力R来说,存在一个加在地球上的相反的力R1。这是因为,挂坠在受到地球吸引同时,也会吸引地球。图标出了这几个力。
图 作用在气球下方的挂坠上的力是P、Q、R。请问:它们的反作用力在哪里?
这里有一点需要注意。如果在一根绳子的两端分别施加一个1千克的力,并向两端反方向拉这根绳子,那么这根绳子的张力是多大呢?对于这个问题,就好像问一张面值为10分的邮票价值多少一样。答案就存在于问题之中:绳子的张力也是1千克。下面的两种说法:“在绳子的两端各有一个1千克的力反方向拉绳子”和“绳子的张力是1千克”,意思是一样的。这是因为,在这根绳子上,除了这两个作用在绳子上的方向相反的1千克的张力之外,根本不存在其他的张力。如果考虑问题的时候没有想到这一点,通常会得出错误的结果。
图 P、Q、R的反作用力分别为:P1、Q1和R1。