什么是反作用?
反作用是一个物理学概念,是指物体在受到外力作用时,存在力的相互作用的逆过程,这个力称作反作用力。 举个例子,人踩在地面时,由于人体与地面发生作用,产生了相互作用力——地面对人体的支持力和人体对地面的压力;同时由于人体相对于地面来说是运动的,因此运动状态的改变必然引起相互作用力的大小和方向改变,进而导致人体的运动状态发生改变。这个过程是力作用的逆过程,因此被称为反作用。
力学中把物体间这种通过力的作用使两个物体的运动状态都发生改变的相互作用,称之为动量守恒定律或称为机械能守恒定律。其数学表达式为 M表示物体系统的总质量,p和p’分别表示物体系统和外界介质的总动量(注意这里的外界介质可以是气体)。
如果系统在外力场中运动时,其内所有物质的动量的变化量为零,即p=p',则说明该外力场中不存在反作用力; 如果系统在外力场中运动时,其内外物质产生的动量变化量不相等,即p≠p',则有
如果没有反作用力,自然界将不会存在任何运动;如果有反作用力,自然界的运动将是错综复杂的,具体问题还需要具体分析。例如在万有引力作用下,天体系统中存在着复杂的多重相互作用以及引力的透镜效应、偏心引力场等非常奇妙的现象。而在弱干扰下,宏观上有可能接近单摆的振动。 对于微观体系来说,如果忽略质量分布不均匀带来的边界条件的影响,微观体系动量和能量的关系满足哈塞尔姆关系:
其中 为体系的动能, 是体系的势能, 和 分别是体系的总质量、总动量和总能量。上式表明,如果外界条件保持不变,无论微观体系原来所处的状态如何,只要它受外力的作用而形成了一个运动轨迹,那么这条运动轨迹必有一个倾斜角度,而且这一斜率反映了外力的性质。这就是通常所说的“力有其反作用”。