21 再谈作用力反作用力与主动力约束力的对应(上)

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再谈作用力、反作用力与主动力、约束力的一一对应
又一个可能的反驳会针对作用力、反作用与主动力、约束力的一一对应关系:
本文第十二部分叙述了作用力、反作用力与主动力、约束力的一一对应关系。但是,这两对概念毕竟不是从研究、分析同一个问题时提出的。因此,虽然它们的这种关系在图5所示四质点系统的伸展过程中确实存在,但它们又似乎并不在任何情况下都存在。例如,斜面上物体的下滑及圆锥摆(图16),是许多大学物理教材喜欢谈的两个质点动力学问题。上述一一对应关系在这两个问题中就是如此。因为在这两个问题中,对运动的物体而言虽然存在主动力即物体自身的重力P,与约束力即斜面或绳子施与物体的力T。但此时它们根本就不在一条直线上,又如何谈及与作用力、反作用力的一一对应关系?
21.1
不能混淆两类力学现象
这一反驳的错误是:这两个问题中的重力P并不是笔者强调的“月下”特有的力学现象中由人、动物、动力机械产生的力,而是一种典型的相互作用力,因而它与约束力N不存在和作用力、反作用力的一一对应关系应该好理解——《否定》第8部分“结语”第二点,笔者就强调了“对真正的相互作用现象,如引力相互作用、电磁相互作用,以及碰撞、动摩擦等,牛顿第三定律成立”。笔者同时在《否定》开始处强调的,是牛顿第三定律不适用于“月下”特有的力学现象,即由人、动物、交通运输工具等产生的力学现象(人走路是因为它“人人熟知、个个精通”,而被笔者选作分析对象的)。只有这些现象才是笔者所说的作用反作用现象,存在其中的力才存在作用力、反作用力与主动力、约束力的一一对应关系。因此,上述反驳是在没有真正懂得笔者何以指责牛顿第三定律,并坚定地站在现行经典力学把相互作用现象与作用反作用现象混作一团的基础上来设问的。
21.2
依然存在的作用力、反作用力与主动力、约束力的对应关系
值得注意的是,在这两个问题中其它成对的作用力、反作用力分别是主动力与约束力还是成立的。图17表示把上述两种力学现象中的重力P分解为两个力T'与f,T'或与斜面垂直,或和圆锥摆绳索共线。很显然,T也就是T'的反作用力。T'还是该物体对斜面的正压力或拉绳子的力(严格地说,这两个力的作用点与T'是不同的。背熟了现行经典力学力的定义、它有三要素等词语的读者或许会立即说笔者这一说法缺乏起码的力学常识,故赶紧在此声明)。容易看出,T'在这两种情况下都是主动力——
如果该斜面的底面也是光滑的,那么在物体沿斜面下滑的时候,斜面同时会获得向右的加速度a(图17a)。这显然是因为受到物体对斜面的正压力T'作用的结果,说明该正压力T'是个主动力。
情况相同,如果挂圆锥摆的天花板(或绳索)的强度不大,那么即使该圆锥摆在运动速度较小时不出问题,在速度较大时,天花板就有可能垮下来(图17b),或绳索被拉断。因为从图中可以看出,T'会随着角度的增大而急速增加。这也说明力T'是主动力。
其实还可以有另一种更简便的判别力T'是主动力的方法:
它与力f是重力P的两个分力。重力是典型的主动力,所以它的两个分力T'与f自然也是主动力。