一.牛顿力学缺陷的修补

4.作用力和反作用力的新解释

引文

牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

对于作用力和反作用力，如果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

作用力和反作用力具有如下性质：

作用力和反作用力相互依存，它们互以对方为自己存在的前提；

作用力和反作用力同时产生，同时变化，同时消失；

作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各自产生效果，二力的效果不能相互抵消，不可求合力；

作用力和反作用力的性质相同，即二者属于同种性质的力。

注：引文内容引自物理教辅书。

（一）作用力和反作用力的逻辑顺序

力的定义有两个都正确的说法：力是物体对物体的作用；力是物体间的相互作用。前一种说法是从一物体施力于另一物体的意义上所说；后一种说法是从物体间存在作用与反作用的关系上而言。物体对物体的作用，是一方主动施力另一方被动受力，受力方同时要产生对施力方的反作用力；物体间的相互作用，是前一种说法的不同表述且含义有所扩大，包括双方都主动对对方施力。

在接触作用中，一物体对另一物体有力作用,另一物体一定要回报以反作用，没有这个反作用，原作用力就不能成立。这种力不单独存在，总是等大反向共线出现在两个物体上的力构成力的配对,两个配对的力即叫做作用力和反作用力。力的配对或配对力的意思是原本有一个力，要实现其作用物体自动地再配上一个力，使其成为一对力。这个配对的力是受力物体给予的，是被动的力。因此有：作用力和反作用力发生在两个物体上，二力大小相等、方向相反、作用在一条直线上。作用力和反作用力二力同时出现，二者势均力敌，还是有逻辑顺序的，即作用力在“先”反作用力在“后”。因此作用力是有主动性质，反作用力有被动性质。

作用力和反作用力存在的问题在于这样表述：“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”。这种教辅说法可谓任指作用力说。如此任指作用力，不分力由谁发起必然产生认识和使用上的混淆。某一受力问题中使用任指力说,就如同一个精神病者搬一物体时忽而说他搬物体忽而说物体搬他。在物理教材的力学中,有施力物体和受力物体概念，任指作用力说更有甚者,说施力物体与受力物体也以任指，这等于把人推车说成车拉人。“施”与“受”的词义固定，不容颠倒。人与车的施受力关系中，即只可说人施力于车，同时受到车的反作用力；不可说车施力于人，车受人的反作用力。二物体之间的力构成作用力和反作用力，二力同时发生且反向相等，事有主动与被动的前因后果关系。一定要把主动发出作用力的物体叫做施力物体，另一个接受施力物体的力同时又产生反作用力的叫做受力物体。

作用力和反作用力在两物体上反向相等的关系，在力问题中仅是个基本的前提，主要是表现力成对出现，知其一必知其二。力的问题主要是研究受力物体，已知施力物体发出的力求受力物体运动或变形的情况。任指作用力说因果不分甚至本末倒置，丢弃了力问题求解的本来目的。那种任何一力均可指认为作用力另一个为反作用力的解释,仿佛力是凭空产生自然存在的,不由谁发起及谁对谁产生效果，此说法在力学问题中是一种糊涂说法起糊涂作用。任指作用力说适合诡辩，比如一个劳动者提一桶水，黑心管理者不承认劳动者出力，而说人给水桶的力是水桶重力的反作用。作用力和反作用力不分谁是主动作用谁是被动作用，指认反向时会得出错谬的结论，如把某人被打耳光说成他用脸打了另一人的手。

在应用力的实践中，施力物体和受力物体及作用力和反作用力的顺序上还是基本明确，这是人们自发地遵从事理逻辑自发的认识。如人们都说马拉车没人说车推马，就是依据事理逻辑而不任指施力物体和受力物体；再如喷气式飞机和火箭使用反作用，都说是反冲运动,没人说是作用力运动。任指作用力应用中丝毫没有使问题简化的意义，倒制造麻烦和添乱，应该摈弃。正确的做法不费周张，把施力物体的具有主动意义的力定为作用力，把受力物体给施力物体的只有被动意义的力定为反作用力，就符合逻辑了，使理论和应用省去许多疑问和费解。

（二）作用力和反作用力性质相同疑问的解释

作用力和反作用力无论从理论上说还是从经验上说都容易理解，但在解释上还有一个给人以疑问的问题，即“作用力和反作用力属于同种性质的力”的说法。拿石头和桌面的作用力和反作用力来说，一块石头放在一个桌面上，石头受地球的作用而有重力，也就对桌面施以石头的重力；桌面给石头一个反作用力，这个反作用力或叫弹力或叫支持力，而弹力属于性质力，支持力属于效果力。显然石头与桌面的相互作用力不能叫做相同性质的力。二力的性质相同从哪说起呢？老实说，作用力和反作用力同性质说没错，有疑问也没错，问题出自从哪里看这两个相互作用力。

在力学上，通常把力分为性质力和效果力两大类：万有引力、重力、弹力、惯性力、静电力、磁力、核力等属性质力；压力、拉力、推力、阻力、向心力等属效果力。摩擦力既是性质力也算作效果力。性质力是表示力的属性和名义的一类力；效果力是表示力具体的作用方式和过程的一类力。不看力的作用效果仅从力的属性上命名的力是性质力，不看力的属性只看力的作用实效而命名的力是效果力。力总要有个名头，物体发出的力都是性质力；物体受力总要有效果，所以物体的具体作用都是效果力。力的效果一般总是联系作用的结果，而效果力并不代表力作用的最终结果。前面说桌面与石头互给接触面上的压力,属于效果力却说力的性质相同，这是从两个压力的名义性质相同上说的。

两物体作用方式分接触作用和非接触作用，对应的力也叫做接触力和非接触力。重力、弹力、摩擦力及所有效果力属于接触作用力；万有引力、静电力、磁力等基本力属于非接触作用力。一般接触作用物体上有主动作用的力只有一个，分给几个受力物体等于一力分为几个力，若有多个力作用一物体可合成为一个合外力。非接触作用两物体各自主动对对方发力，多物体时每个物体对自身外的所有物体都给予力，而且力不因分给多物体而减少。接触力的作用在物体的点或面上，非接触力物体上每个物质单元或每一粒子都有力且能集合成一个集中力。非接触作用一方发力，不能使另一方产生反作用力，另一方也是主动发出力，双方因质量不相等以不相等的引力相互作用。接触力遵循牛顿第三定律，接触力的性质和因果关系在非接触力上不复存在，所以非接触力不遵循牛顿第三定律。

我们在石头和桌面两物体作用与反作用的关系中，整体上看石头与桌面,石头对桌面有重力（简捷说石头受地球重力可省略，直接说石头有重力也不会错认）,桌面给石头以弹力。但从石头和桌面的接触面上看，就不能说重力和弹力了，那里只有相互的压力。因此从力的名义上看，整体的石头和桌面的相互作用是不同性质的力；从局部的具体作用上看，是一对都叫做压力的同性质力。也有人把石头给桌面的作用力叫压力，桌面给石头的反作用力叫支持力，这种说法是把整体的力与接触面的力交叉组合不合理，况且压力和支持力也不能说性质相同。在两物体的接触面上，有重力的石头给桌面施以压力，桌面同时给石头以压力，同为压力可说是力的相互作用性质相同。所以说，不管施力与受力物体上的力用什么名称,从两物体接触面上看相互作用力，是力的含义相同的一对同名力。

指认性质力或效果力，不是说了这一类力就不能再说另一类力。一般说物体上有什么力要说性质力，说力的具体作用要说效果力。作用力和反作用力要分整体的与接触面上的，才好认识两物体上力的性质。整体上两物体的力不一定是同性质力，大多是不同名义的力；接触面上两物体的力一定是同名义的效果力，却不一定使两物体产生相同的效果。这样认识两物体作用力和反作用力，便化解了作用力和反作用力同性质的疑问，对于正确认识和理解力的概念意义非常。

（三）天体间相互的引力及圆周运动天体上引力和离心力不属于作用力和反作用力 

引力由物质产生，物质的形状叫做物体，物质间存在着力也就是物体间存在着力。引力是物体上自然存在的，可算作物质的固有属性。两物体之间的引力是独立地对对方用力，不构成他对己用力己同样对他用力的对等因果关系。一物体的引力不因另一物体的引力存在而存在，只要通过对另一物体的作用而表现出来。

物体上的引力大小与物体的质量有关，质量大的引力大，质量小的引力小，可说是质量与引力的规律。这是一个很简单的道理，让人们接受也不容易。两物体相互间的引力是各自独立作用于对方，与对方作用自己没有因果关系。比如地球与月球的相互引力，就像一个大人和一个小孩腰上各栓一根绳子，绳端交给对方手中，两人各用力拉对方。两物体的作用与反作用的关系，就像一人用力拖一个无行动能力的人。作用力与反作用力的关系限于接触物体，非接触物体不遵从牛顿第三定律，因而说两天体各自发出的万有引力是作用力和反作用力的关系是个错误断言。

两天体的万有引力是作用力和反作用力的说法是牛顿力学的主张，所以当仁不让地出现在大学中学的教学材料中。除两天体间的相互引力不属于作用力和反作用力外，行星绕恒星转动产生的惯性离心力与受恒星的引力基本平衡也不属于作用力和反作用力，因为惯性离心力只能作用在行星自身上不能反作用到发出引力恒星上。这种发生在作圆周运动的物体自身上的力，等效于力方向上遥远处有一天体发出不变的引力作用于该物体。在恒星行星系统中，两天体的引力大小不同，而运行系统还能长久稳定，是行星上除受引力外还有自身产生的惯性离心力，是引力与惯性离心力构成一对相对平衡力维持行星运转。许多学过物理的人，并不知道以质量乘向心加速度表达式实质不是向心力而是惯性离心力，天体圆周运动的向心力只能说是万有引力。行星的运动不是向心力所造成，是行星物质从原始星云时就绕构成恒星系的星云核心转动的持续运动。

由于万有引力不是作用力与反作用力的关系，所以万有引力定律的表达式，只能用于计算大物体对小物体的引力或两物体质量相等时各自的引力，不可用于计算小物体对大物体的引力。例如，用万有引力公式计算地球与月球间的引力，计算所得是地球对月球的引力，不等于月球对地球的引力。若计算小天体对大天体的引力，可先计算大天体对小天体的引力，然后用大小天体的质量比换算。近来有人用万有引力定律计算太阳对月球的引力和地球对月球的引力，发现太阳对月球的引力比地球对月球的引力大二倍多，而月球不被太阳吸走，感到迷惑不解。这又是没有惯性力概念造成的不得其解的简单问题，你计算太阳对月球的引力时，再计算月球绕太阳运动的惯性离心力，同理计算地球对月球的引力也计算月球绕地球运动的惯性离心力，会发现两者均是平衡的，引力被惯性离心力抵消了，因而任太阳比地球大多少倍的引力都起不到比地球更能吸引月球的作用。

两天体间各自对对方发出的引力，因质量不同而不相等。引力大小除与两天体的质量有关还与两天体距离有关，距离近引力大距离远引力小，每个天体的引力大小都随距离变化而非线性变化。两质量不同的天体，在两天体间距上要有一点引力平衡，这点一定距大质量天体距离远，距小质量天体距离近。万有引力，是两个基本上不相等的作用力各自独立作用于对方，看作力发自两天体的质心上，方向在质心连线上指向自身，是两个不一定相等的力相互作用。接触力的作用力与反作用力是一对相等的不变的力，二者方向均指向对方、接触点可在物体任何地方。作用力和反作用力跟万有引力的相互作用机理截然不同，因而二者不宜同说共论。

作用力和反作用力定律创立，使人们认识到物体间的作用相互对等。万有引力定律的创立，使人们认识到任何物体间都存在引力。然而把这两个定律结合起来就有问题了，人们的认识和解释要有不妥当之处。本文就是针对人们应用作用与反作用定律时产生的问题，对其作出新的解释。新解释对天体的作用力和反作用力的论断是：两天体间相互作用是二作用力关系，不存在作用力和反作用力的关系；天体上平衡的引力和惯性离心力属于二力平衡，也不是作用力和反作用力关系；作用力与反作用定律，不能统辖总管所有的力，仅适用于接触力，不适用于非接触力。

作用力和反作用力定律，几乎尽人皆知也习以为常，早已当作“至今已觉不新鲜” 的昔日黄花。实则不然。作用力和反作用力之间，要认真思考会发现不是像课本上说的那么简单，也不是学生没到深度学科能力课本故意简化浅谈，而是教科书当初因陋就简后又陈陈相因从没想到有问题，更谈不到解决问题了。不客气说，发掘牛顿第三定律深层涵义，并非为新颖别致有所创新，而是推广其实用意义，希望在概念解释中派上用场。

2014年8月21日