甚麼是法向反作用力?請詳細解釋。Thank you

2008-06-07 5:36 am
甚麼是法向反作用力?

作用力,反作用力和法向反作用力可以同時出現嗎?

請詳細解釋。

回答 (1)

2008-06-07 7:58 pm
✔ 最佳答案
在經典力學裏,牛頓第三定律闡明,力的產生是成雙結對的:其中一道力稱為作用力;而另一道力則稱為反作用力(拉丁語 actio 與 reactio 的翻譯),又稱反力,抗力.兩道力的大小相同,方向相反.它們之間的分辨,全然是任意的;任何一道力都可以被認為是作用力,而其對應的力自然地成為它關聯的反作用力.
討論
反作用力的基本物理概念,時常會被許多人一知半解地應用.這也許是因為以下幾個原因:它從來就沒有被詳細地解釋清楚、它經常被不正確地描述在許多刊物裡(包括教科書)、猛然一看下,牛頓運動定律是反直覺的(參見那篇文章的歷史觀點與三條定律的字句).這裏是牛頓第三定律的現代字句:

當兩個物體互相作用時,如果有一道力作用於其中一個物體,那麼,必有一道大小相同,方向相反的力作用在另外一個物體.
我們必須瞭解一點:這反作用力是施用在另外一個物體,而不是作用力施用在的物體.舉例而言,因為萬有引力,當物體 A 吸引物體 B 時(作用力),物體 B 也同時吸引著物體 A(大小相同,方向相反的反作用力).
我們必須記住另外一點:這反作用力的物理本質與作用力的是完全相同的.如果作用力是由萬有引力而來,那麼,反作用力也是由萬有引力而來.因此,任何關於一個問題的研討,如果結論是作用力與反作用力的物理本質不相同,則此結論必定是不正確的;我們必須拋棄這不正確的結論.

正確分析實例

地球循軌道繞著太陽運行.這是因為地球感受到太陽的萬有引力(作用力).這裏,作用力的角色是向心力,保持地球在太陽的附近.同時,太陽感受到地球的萬有引力於(反作用力),與作用力大小相同,方向相反(在這裏, 拉引著太陽往地球移動) .因為太陽的質量超大於地球,看起來地球的拉引對於太陽並沒有造成甚麼反應;但事實上,太陽有反應.關於這兩個物體聯合的運動(忽略所有其它天體),一個正確的描述是,它們都循軌道繞著整個系統的質心運行.

思考一個鉛球,垂懸在一根(不能伸展的) 鋼纜的末端.而鋼纜的另一端連接於實驗室的天花板.因為鉛球的重量,它被拉向地球(作用力) .對應的反作用力是鉛球施加於地球的萬有引力: 這與鋼纜完全無關;實際上,甚至在沒有鋼纜時,反作用力仍舊存在.從另一方面看,如果鋼纜的張力將鉛球向上拉扯,防止它下落,那麼鉛球也同時拉扯著鋼纜,大小相同,方向相反.如果,對於天花板,這簡單的系統是靜止的(絕對沒有加速度),牛頓第一定律指明,鉛球所受到的淨力等於零.我們已經知道,鉛球受到兩個不同的力(地球的地心重力與鋼纜的張力).我們可以斷定,這兩道力必然是大小相同,方向相反;也就是說,它們相互補償.但是,這並不表示它們是一對作用力與反作用力.

為了要檢查這些概念的解釋是否正確,讓我們把鋼纜改換為彈簧.如果這新系統最初是靜止的(相對於實驗室的天花板).則前面的分析也適合.但是,如果,這系統現在被微擾(例如,鉛球被輕輕的推一下或拉一下),鉛球開始上下震動.由於加速度的產生,根據牛頓第一定律,我們論定淨力不等於零.可是,鉛球與地球的質量都沒有改變;鉛球與地球質心之間的距離也幾乎一樣.所以,源於萬有引力的作用力與反作用力仍舊不變.不同的是我們現在有一個動力系統,鉛球所受到的萬有引力暫時的與彈力失去平衡.彈力的大小與方向都隨時間而改變(震動頻律跟彈簧的彈簧常數有關).彈力和彈簧的長度變化量成線性關係.

錯誤分析實例

牛頓第三定律時常是用一種簡單的,但是不完全的與不正確的句子陳述出來:



作用力與反作用力的大小相同,方向相反.
對於每一道作用力,都有一道大小相同,方向相反的反作用力.
這些句子沒有成功的清楚表述出,作用力與反作用力是施加於不同的物體.並不是因為兩道力,正好大小相同,方向相反,它們就自動地形成了,符合牛頓第三定律的,一個作用力-反作用力的力對.

作用力與反作用力問題時常跟平衡問題混淆.例如,思考這個句子:



一本書穩定的直立在桌子上.因為,它的重量,一道將它往下拉的力,與桌子的反作用力,一道將它往上推的力,互相平衡.
如上所述,這並不符合牛頓第三定律的正確含意.既然兩道力都施加於同一個物體,它們不可能成為作用力-反作用力的力對.無論如何,靜止與牛頓第三定律是毫不相關的.特別註意,重量的概念時常會被誤解.

另外一個非常普遍的錯誤聲明:



離心力是向心力的反作用力.
明顯的,如果一個物體,同時受到一道離心力與一道大小相同,方向相反的向心力,淨力等於零;這物體不會呈現圓周運動.離心力是道偽力:只有在非慣性參考系內,才會測量出離心力的存在.


收錄日期: 2021-04-16 12:03:04
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080606000051KK02646

檢視 Wayback Machine 備份