在力学的三条基本定律里，大概要数牛顿第三定律，即作用与反作用定律最容易使人疑惑不解了。大家都知道这条定律，甚至在某种情况下也会正确地使用它，可是很少有人能够完全明了它的意义。读者当中也许有人是一下子就懂得它的——可是我得承认，我从初次和它相识起，过了十年才完全理解它。

我曾经和许多人讨论过这条定律，也曾经不止一次地看到，人们对这条定律的正确性的承认都是有保留的。他们认为，这条定律对静止的物体来说，毫无疑问是正确的，但是不懂得怎样把它应用到运动物体的相互作用上……这条定律说，作用永远等于方向相反的反作用。这就是说，如果马拉车子，那么车子也用同样大的力量往后拉马。可是这时候车子就应该停在原来的地方不动才对，为什么它还是向前走呢？这两个力量如果是相等的，为什么它们不互相抵消呢？

一般人对于这条定律的怀疑就是这样。那么，这条定律是不可靠的吗？不，定律毫无疑问是可靠的，只不过我们没有正确地理解它。两个力没有互相抵消掉，只是因为它们是加在不同物体上：一个力加在车上，一个力加在马上。两个力是一样大，没有错——可是，难道说一样大的力永远会产生一样大的作用吗？难道说一样大的力能够使随便什么物体得到一样大的加速度吗？难道说，力对物体的作用是和物体本身，和物体的“抵抗力”的大小没有关系的吗？

如果想到了这些，那么车子虽然在用同样大小的力量向后拉马，而马还能拉着车走的原因就很容易明白了。作用在车子上的力和作用在马身上的力在每一瞬间都是相等的；但是车有轮子，可以自由移动位置，而马却坚定地立足在地面上，因此，车子只好跟着马走。可以再想一想，如果车对马的动力不起反作用，那么不用马也就行了，用一个极小的力量也就能拉着车走了。可是事实上，要克服车的反作用力，还是非马不可。 如果把这条定律通常所用的简短形式“作用等于反作用”改成譬如说“作用力等于反作用力”，也许能使大家更容易理解，也少产生些疑问。因为这里相等的只是力。至于作用（如果像平常那样，把“力的作用”理解成物体的位置移动），因为受力的物体不同，一般是不会相等的。

当北极的冰紧挤住“切留斯金”号船身的时候，它的舷也同样用相等的力压在冰上。至于发生惨剧，那是因为强大的冰块抵住了船壳的压力，没有被压碎；可是船身呢，虽然是钢做的，却不是实心的，所以经受不住这种压力，到底被冰压坏了。

物体落下的时候，当然也服从作用等于反作用的定律，虽然这两方面的力不是一下子就看得出来的。苹果落到地上，是因为地球在吸引它；可是苹果也在用完全相等的力吸引地球。严格地说，苹果和地球是在彼此相向地落下，不过落下的速度，在苹果方面和在地球方面是大不相同的。两个同样大小的相互吸引力，使苹果得到了每秒10米的加速度，而地球呢？它的质量比苹果大几倍，它得到的加速度也就是苹果得到的几分之一。地球的质量比苹果的大无数倍，因此，地球向苹果的移动便小到不能再小，实际上只能算做零。所以我们说苹果落到地上，而不说“苹果和地球彼此相向地落下”，就是这个道理。

还记得有关大力士斯维雅托哥尔想要举起地球的民歌吗？阿基米德如果相信传说的话，也准备完成同样的举动，他要求为自己的杠杆找到支撑点。但是斯维雅托哥尔很有力气，不需要杠杆。他只想找到一个可以抓住的东西，使他那勇士般的双手有地方使力。“只要找到用力的地方，整个地球我都能举起来！”凑巧的是，大力士斯维雅托哥尔在地上找到了一个“小褡裢”，它唱着“不会松，不会转，又不会给拔出来”。

斯维雅托哥尔跳下马， 他用双手抓住小褡裢， 把小褡裢举过膝盖： 他就齐着膝盖陷进了地里面。

苍白的脸上没有泪水，却流着血。

斯维雅托哥尔陷在那里，再也起不来了。 他的一生就此终结。

如果斯维雅托哥尔熟悉作用与反作用定律，他就会考虑到，他勇士般的力量施加到地球上，就会得到相等的力量，因而，同样巨大的反作用力可以使他自己陷进地里。

无论如何，从这首民歌中可以看出，人们早就注意到了反作用力：当以地球为支撑点，地球给予的反作用力。在牛顿第一次公布他的不朽的著作《自然哲学的数学原理》前的好几千年，人们就已经不自觉地使用反作用定律了。

甚至在研究过物理学的人中，有时也会听见对火箭飞行完全错误的解释：火箭会飞，是因为利用在它里面的火药燃烧所生的气体来推开空气。古时候的人对火箭的想法是这样的（火箭很久以前就发明了），但是，如果让火箭在真空中飞，它不但不比在空气里飞得坏，甚至会飞得更好。可见火箭运动的真正原因，完全是另一回事。作为三·一刺客之一的基巴里奇非常明白，他还在自己的临终字条中叙述了有关发明飞行机器的事情。为了解释作战用的火箭设备，他写道：

铁质汽缸，一端封闭作为基底，另一端开放，用压制的火药塞满整个汽缸，留有沿着轴作为管道的真空地方。火药的燃烧从这个管道的内表面开始，并且在确定的一段时间内，扩展到压制火药的外表面。气体燃烧过程中会产生各方面的压力。横向的气体压力彼此平衡，对着火药铁制外壳底部的压力，没有与相对的压力互相平衡（因为气体可以往这个方向自由输出），就把火箭向前推去。

这里发生的情形，同开炮的时候完全一样：炮弹向前飞去，而炮身自己却向后坐。你可以想象一下手枪和各种火器在发射时候的“后坐力”！如果把大炮悬在空中，不给它任何支点，在射击以后它就会向后运动，它的速度同炮弹向前运动的速度的比，等于炮弹的重量同大炮重量的比。儒勒·凡尔纳的幻想小说《底朝天》里的主人公，甚至会想到用大炮的后坐力完成一件雄心勃勃的大事业——“把地轴扶正”。

火箭其实也是大炮，只是它射出的不是炮弹，而是火药的气体。所谓的“中国轮”的旋转也是这个道理，大概你们在放烟花的时候就可以观赏到它：装在轮子上面的一根火药管燃烧时，气体向一个方向冲出，火药管本身（轮子与它连在一起）向相反的方向运动。从本质上讲，这也只是一种众所周知的物理仪器——“西格纳尔”轮的变相而已。

有趣的是，在发明轮船以前，曾经有过一种机械船的设计，最开始也是根据这个原理设计出来的：船尾部的强大打气筒，能够把船里储藏的水压向船外，因此船就会向前驶去，就像中学物理实验室用来证明上述这条原理的浮在水面上的白铁罐一样。这个设计（由列姆齐提出来的）没有拿来实用过，但是它对轮船的发明起了很大的作用，因为它向富尔敦暗示了发明轮船的可能性。

图7　最古老的蒸汽发动机（涡轮机），公元前2世纪由希罗创造。

我们也知道，最早的蒸汽机，是公元前2世纪的亚历山大城的希罗发明制造的，也是根据同样的原理：从锅炉里面出来的蒸汽（图7）沿着管道进入到一个安装在水平轴上的球里，然后从两个曲柄管中冲出，蒸汽就把这些管子向相反的方向推动并且球开始旋转。可惜的是，希罗式汽轮机在古代只是一种有趣的玩具，因为劳动力价格低廉，谁也不想使用机器。但是原理本身却没有被技术家抛弃：现今我们用它来制造反动式涡轮机。

牛顿提出作用和反作用定律，最早的蒸汽汽车的设计也是他提出来的，也是根据同一个原理：蒸汽从锅炉里面出来，向一个方向冲出去，而锅炉本身在后坐力的作用下被反作用力推着，使车轮慢慢前进（图8）。

图8　蒸汽汽车也被列入了牛顿的发明。

1928年的喷气式汽车实验，很多人都记得当时在报纸和杂志上面写道，它是牛顿汽车的现代变形。

爱好者可以照着图9做一只纸质的小船，跟牛顿的汽车非常相似：用一个空的蛋壳做汽锅，金属帽里放一块浸泡过酒精的棉花，把它点燃后，蛋壳里的水就慢慢变成了蒸汽；这时候，一股蒸汽就要向一面冲出，它使整个小船向相反的方向前进。不过，要制作这种有教育意义的玩具，必须有一双非常灵巧的手。

图9　用纸和蛋壳做的玩具轮船。盛满小金属帽的酒精作为燃料，从“锅炉”孔里冒出来的蒸汽（从蛋壳里面吹出的气体），迫使轮船向相反的方向航行。

如果你们听说，有不少生物都用“抓住头发把自己提起来”的普通方法在水里行动，一定会很惊奇。

图10　乌贼的游泳运动。

乌贼本来和大多数头足类软体动物都是用这种方法运动的：它们把水吸入鳃腔，经过身体侧面的孔和前面的特别漏斗，然后经过上面提到的漏斗用力把水排出体外。这样，根据反作用定律，它们就得到了相反的推力，足够使它们从后面推动身体很快地向前游去。不过乌贼能够使它们的漏斗管指向旁边或后方，然后水迅速被排挤出来，让自己向任意方向运动。

水母的运动也是这样的：它们用收缩肌肉的方法，从自己那钟形的身体下面排水，得到一种反方向的推力。纽鳃鳟、蜻蜓的幼虫和其他的水中生物在运动的时候，也都用这种类似的方法。了解这些以后，我们还会怀疑不可以这样运动吗？

书摘信息

书名：趣味物理学续编

作者：1936年（苏联）别莱利曼著；

王彬译

出版方：哈尔滨出版社

出版时间：2012年12月

ISBN：9787548410218