牛頓第三運動定律:

一、定義:

(一)生活中的經驗:

1.在生活中有許多例子都與牛頓第三定律有關,例如:想要跳高之前必須先曲向地面蹬腳;划船的動作是先以槳向後撥水才能使船身向前行,氣球向下噴氣的同時,本身會向反方向飛出…等實例皆屬之。

2.為什麼想要向上跳起,一定要先向地面踢腳?想要使船前進就要以槳向後撥水?氣球向下噴氣;為什會使本身向反方向飛出?事實上這些都與力的作用和反作用力有關。

3.在單元肆「牛頓第二運定律」中,強調物體產生加速度必定受到力的作用,且受力方向恆與加速度的方向相同。

4.會向上跳起,是向下用力踩地面時會獲得向上的加速度,可以推知人體受到向上的作用力;船身向前加速行駛是因為獲得作用力使船身向前運動、氣球會向上飛出,也是受到向上的作用力導致。

5.當物體受到力的作用時,會同時產生另一個方向相反的「作用力」,且此作用力會與原本受力的方向相反,故稱為「反作用力」,這便可以解釋上述的幾個例子了,作用力與反作用力因受力者不同,故不能互相抵消。

(二)作用力與反作用力:

1.「牛頓第三運動定律」又稱為作用力與反作用力定律,凡施力者向一物體施力F1時,同一時間施力者必會獲得方向相反的力F2,此力F2會作用於原施力者,因方向與F1相反,故稱為「反作用力」。

2.有作用力必有反作用力,且同時產生同時消失,二者的關係為:大小相等、方向相反、成一直線、但【作用在不同的物體上】故不能互相抵銷(即合力≠0)。

3.作用力與反作用力是作用於不同的物體上,例如:以手推牆壁時,同一時間會產生一個「牆壁」反方向推「人」的作用力。

1以手施力推牆壁:「手」是施力者,「牆壁」是受力者,當牆壁受力的同時會產生反向的作用力給「手」,故反作用力的受力者是「手」。

2)因此作用力與反作用力的受力者相反,以「以手施力推牆壁」為例:其關係如圖一所示:

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3)若此人腳穿溜冰鞋,則人會因F2向右退

二、牛頓第三運動定律與平衡力:

(一)【作用力與反作用力】和【平衡力】的判別法:

1.因為作用力與反作用力的【受力者】不同,故無論施力者或受力者都分別只受到一個力的作用,故合力0,故作用力與反作用力兩者並不是平衡力,不會互相抵消。

2.以手向下拉橡皮筋,橡皮筋亦產生向上的彈力拉手如圖二:則【乙、丙】互為作用力與反作用力【甲、丙】平衡力

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3.說明:

1施力者受力者互換的兩力是『作用力與反作用力』。
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2)乙、丙二力分別作用於手和橡皮筋,因為受力者非同一物體,故不會互相抵消,∵合力≠0,非平衡力

3受力者為同一物體的兩力,且符合大小相等、方向相反、作用成一直線等條件,方為『平衡力(合力=0)
【甲】勾子向上橡皮筋的力、【丙】:手向下拉橡皮筋的力。故,使橡皮筋靜止不動的兩力是】和【

(二)作用力與反作用力的實例:

1.穿著溜冰鞋的人站在光滑平面上,手持籃球向自己的前方迅速丟出,則此人會因籃球對人體的反作用力而沿反方向退後(如圖二):

1)作用力【甲】:手推籃球的力,施力者是手、受力者是籃球,作用力甲能使籃球向左運動。

2)反作用力【乙】:籃球推手的力,施力者是籃球、受力者是手,反作用力乙能使人向右運動。

3)上述甲、乙兩力中,籃球和手互為甲、乙彼此的施力者與受力者,故可據以判斷甲、乙兩力互為作用力與反作用力。

4甲施力籃球乙施力,因為甲、乙兩力的受力者不同,故不能互相抵消(合力≠0),亦即甲、乙兩力不是平衡力。

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2.氣球噴氣的同時會向噴氣的反方向運動,(如圖三)所示:

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1用力甲:【氣球】噴出【氣體分子】,施力者是氣球,受力者是氣體分子,作用力甲使氣體向左下方噴出。

2用力乙:【氣體分子】對【氣球】的反作用力,施力者是氣體分子,受力者是氣球,反作用力乙使氣球向右上方飛出。

3)上述甲和乙兩力的敘述中,氣球和氣體分子互為甲、乙的施力者和受力者,有此特徵之兩力即可判定為作用力與反作用力。

4甲作用力能使氣體向左下方噴出,作用力乙使氣球向右上方飛出,可見甲、乙二力並未互相抵消。

3.由上述各項實例可以證明,作用力與反作用力兩者並非平衡力,絶對不會互相抵消,亦即作用力與反作用力的合力不等於零。

4.兩個平衡力除了力的大小相等、方向相反和作用成一直線之外,最重要的是此作用力必作用於同一物體上,亦即受力者為同一物體,如此才能達成平衡(合力等於零)。

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