牛顿第三定律

引入

马拉车时，马对车的力和车对马的力大小相等，为什么车还能前进？

作用力和反作用力能相互抵消吗？

为什么说第三定律是动量守恒的基础？

第三定律看起来最简单，但“大小相等、方向相反”只是表面。真正关键的是：这两个力作用在不同物体上，所以永远不能抵消。

正文

定义

当两个物体相互作用时，彼此施加于对方的力大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上： ${\vec{F}}_1=-{\vec{F}}_2$

三个性质

性质	含义
同时性	同时产生、同时消失，没有先后
异体性	分别作用在两个不同物体上
同线性	沿同一条直线，方向相反

异体性是最容易被忽略的一条。它决定了作用力与反作用力不能求合力、不能抵消。

与平衡力的区别

项目	作用力与反作用力	平衡力
作用对象	两个不同物体	同一物体
性质	一定是同种性质的力	可以是不同性质的力
是否抵消	不能抵消	合力为零，互相抵消
存在关系	同时存在、同时消失	撤去一个，另一个可能仍存在

马拉车问题中，马对车的拉力与车对马的拉力是作用力与反作用力，不能抵消。车前进与否取决于车受到的合力，包括地面的静摩擦力。

为什么是动量守恒的基础

对由两个物体组成的系统，内力成对出现：

$${\vec{f}}_{12}=-{\vec{f}}_{21}$$

求和后相互抵消：

$$\sum {\vec{f}}_{\text{内}}=0$$

于是系统总动量的变化只由外力决定。这就是动量守恒的力学根源。

适用范围

牛顿第三定律在经典力学中普遍成立，但在以下情形需要修正：

情形	说明
高速运动	需考虑场的动量，力的传递不是瞬时的
电磁相互作用	电荷间的力通过场传递，场的动量也要计入
接触力	本质是电磁力，宏观上仍近似成立

在常规力学问题中，第三定律可以放心使用。

常见误区

错误说法	问题
“作用力大，反作用力小”	永远大小相等
“先有作用力，后有反作用力”	同时产生
“两个力抵消，物体平衡”	作用在不同物体上，不能抵消
“作用力和反作用力性质不同”	一定同性质

引出

其他牛顿定律：牛顿第一定律、牛顿第二定律。

为什么“马拉车”问题中，车能前进？

电磁相互作用中，第三定律为什么需要引入场的动量才能成立？