前行的奥秘

作用力与反作用力施加于同一物体的不同部位，这种情况在现实生活中并不少见。“内力”的例子有很多，比如肌肉的拉力，还有机车汽缸内的蒸汽压力等。这种“内力”有一个鲜明的特点，那就是在改变物体相互联系的各部位间的相互位置的同时，并不会使物体的各部分产生共同运动。比如在射击的时候，火药产生的气体会作用于一个方向，将子弹推向前方，但同时这种气体产生的压力又会作用于相反的方向，使枪体向后运动。在这个过程中，作为内力的火药气体压力不可能做到使子弹和枪体都向同一方向运动。这一结论难免使人迷惑，既然内力不能使整个物体产生共同运动，那么步行者怎样走路？火车怎样行驶？如果将这些原因全部归结为摩擦力的作用是不全面的。

不可否认的是，人走路和火车行驶都必须有摩擦力的作用，不然，人在极滑的冰上是不能走动的，火车在结冰的铁轨上也会“打滑”，车轮在转，火车却还在老地方。我们在“惯性定律”一节中也提到过摩擦力有阻止已有运动的作用，但它是怎样使步行的人与火车运动的呢？

其实，这并不是什么奥秘。两个同时作用于物体的内力只能使物体的各部分分离或靠拢，却不能使物体产生运动。但如果能有第三个力将两个内力中的其中一个平衡甚至削弱，另一个内力就能毫无妨碍地使物体产生运动。这个起到决定性作用的第三个力就是摩擦力，它将作用于物体的两个内力中的一个减弱，使物体受另一个内力的作用而运动。

图9　摩擦力F3使行路人能前行

假设你站在冰面上想向前走，先要向前移动右脚，这时，就开始有内力在你身体的各部分之间依照作用力等于反作用力的规律发挥作用了。这些内力不止一个，但最终作用于你双脚的力大致有两个，其中一个力F1负责向前推动你的右脚，而另一个同样大小但方向与之相反的力F2负责使你的左脚向后移动。要注意，它们只能使你的双脚一只向前一只向后，却不能牵制你身体的重心，它仍旧停在原地。如果你左脚下的冰面恰好撒了一层沙子，这个表面就变粗糙了，作用于左脚的力F2就会完全或部分地被左脚底受到的摩擦力F3平衡，这时，作用于右脚的力F1就在推动右脚前移的同时，成功地把你身体的重心向前推动了（见图9）。同样的，我们走路时会先向前抬起一只脚，这时脚与地面之间的摩擦就会减少，作用于未离开地面的那只脚的摩擦力会使这只脚避免向后滑动。

对于火车来说其原理就复杂多了，但简单总结一下也可以理解为：作用于火车主动轮的摩擦力与两个内力之中的一个相互平衡，另一个内力便成功地推动火车向前运动了。