牛顿第三定律的错误必需修正

牛顿第三定律的错误必需修正梁思 武QQ ：837153232 ，电话：15308124958四川省旺苍县职业中学 628200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，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 反 推广为普遍规律。如果让牛顿第三定律的错误延续，就会继续指导大家错误地理解相关问题，就会继续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，我们的中学物理教材必需修正。关键词：作用力；反作用力；反向作用力； 反 阻 。自从我 2000 年 7 月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可靠证据，我们以牛顿之矛ma，来攻牛顿之盾 反，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：“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，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，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“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” ， 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，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“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，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；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“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。作用力与反作用力之间虽然有着本质性的差别，但是，它们在一定的条件下却是可以相互转化的。譬如我们在拉弓射箭时，手的拉力是作用力，弓的弹力是反作用力。当我们把手松开后，弓的弹力就变成了作用力，而箭的惯性阻力又成了反作用力。又譬如汽车的惯性力：汽车起步的时候它是反作用力（被动） ；汽车刹车的时候它就是作用力了（主动） 。相比牛顿第三定律，这种定义反作用力的方法主要有三个好处： 符合客观实际，科学地区分了“反作用力”与“反向作用力”这两个容易混淆的概念。这种定义方法具有广泛的实用性。例如水里面的重力与浮力：物体下沉时：重力是作用力（主动） ；浮力是反作用力（被动）物体上浮时：浮力是作用力（主动） ；重力是反作用力（被动）这种定义方法“反作用力”才有研究和实用价值。例如公路建设：沥青路的反作用力大；沙土路的反作用力小。例如鞋底材料：软橡胶鞋底的反作用力大；硬塑料鞋底的反作用力小。例如行船：用篙撑船时反作用力大；用桨划船时反作用力小。要想提高行船的速度，我们就要想办法获取更大的反作用力。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、两个弹簧秤中间再加一个弹簧秤，请问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。原因就是三个弹簧秤上的读数本来只代表墙壁与手之间的拉力，历来的中学物理教材却要人为地把说成是作用力，把说成是反作用力，弄巧成拙，加入弹簧秤就无法解释了。其实用一个弹簧秤来测量拉力就够了，用两个弹簧秤测量的结果还是拉力，出现人为的附加解释错误，这是编者逻辑知识欠缺的表现。因为我国的教育系统一般只给中文专业开设逻辑学课程，其它专业都不开设逻辑学课程，只能依靠老师在教学过程中渗透一些零碎逻辑学知识，所以，他们不但发现不了物理学中原来就存在的逻辑错误，而且自己也容易犯逻辑错误，这就是物理学中逻辑错误比较多的原因。过去的物理教材和老师们都只给学生讲述这种静态反作用力的测量方法，然后就推而广之说作用力与反作用力在任何情况下都是相等的。为了准确地反应客观现实，我们设计了一个在动态状况下测量反作用力的实验供大家参考，基本方法如下图所示：假设每个钩码的质量都是 m，用手按住左边的滑轮绳子，弹簧秤测量出来的就是静止状态下右边钩码的作用力与反作用力 mg；用手按住右边的滑轮绳子，弹簧秤测量出来的就是静止状态下左边钩码的作用力与反作用力 2mg； 两边全部松开让钩码和弹簧秤运动起来，弹簧秤测量出来的就是 2mg 的拉力作用质量为 m 的钩码时产生的反作用力。这个实验在牛顿的时代是无法准确地看到弹簧秤上的读数，现在我们可以借助录像机查看结果，或者把弹簧秤换成测力传感器通过电脑来记录结果。目前我还没有做过这个实验，估计测量出来的反作用力 f 应该是：2mg f mg 。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？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。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观数据。为了让大家充分认识牛顿第三定律的错误，我们经过 18 年的反复研究最近突然来了灵感，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，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 t1 小于他在沙滩上跑步所用的时间 t2，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 = vo t + a t2 就可以算出，他在公路上产生的加速1度 a1 大于在沙滩上的加速度 a2。因为同一个人的力量和体重 m 都是不变的，根据ma 可以得出： 公路反 ma1 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： 撑船反 ma 1 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： 反 并不是普遍规律； 反 也是大量存在的客观事实。除了用这种方法来证明 反 是客观