古典力学のニュートンの運動法則の3番目で説明されているように、すべての力は対になって発生し、ある物体が別の物体に力を及ぼすと、2番目の物体は最初の物体に等しく反対の反作用力を及ぼします。[ 1 ] [ 2 ] 3番目の法則は、より一般的に次のように述べられています。「すべての作用には、常に等しい反作用が反対に存在します。つまり、2つの物体が互いに及ぼす作用は常に等しく、反対の方向に向かいます。」[ 3 ] 2つの力のうちどちらが作用でどちらが反作用であるかの割り当ては任意です。どちらか一方を作用とみなすことができ、もう一方はそれに関連する反作用とみなすことができます。
物体が地面に力を及ぼすと、地面は反対方向に同じ力で押し返します。生体力学などの応用物理学の分野では、地面によるこの力は「地面反力」と呼ばれ、物体が地面に及ぼす力は「作用」とみなされます。
人がジャンプする直前、その人は地面に対して、体重よりも大きな下向きの力(作用)を及ぼします。同時に、地面は人に対して、体重よりも大きな上向きの力(反作用)を及ぼします。これにより、上向きの加速度が生じます。これらの力が地面に対して垂直である場合、それらは垂直抗力とも呼ばれます。
同様に、車両の回転する車輪は地面を後方に滑ろうとします。地面が滑りすぎなければ、車輪が地面に及ぼす後方への「作用」と、地面が車輪に及ぼす前方への「反作用」という2つの摩擦力が生じます。この前方への力が車両を推進します。

地球は、他の惑星と同様に、太陽の周りを公転しています。これは、太陽が地球を重力で引きつけ、それが求心力として作用し、そうでなければ地球が宇宙空間に飛び出してしまうのを防いでいるためです。太陽の引力を作用とみなすならば、地球は同時に太陽に対して重力による反作用を及ぼしています。地球の引力は太陽と同じ振幅ですが、方向は逆です。太陽の質量は地球の質量よりもはるかに大きいため、太陽は一般的に地球の引力に反応しているようには見えませんが、実際には反応しています。これはアニメーション(正確な縮尺ではありません)で示されています。両方の天体の複合運動を正しく説明するには(ここでは他のすべての天体を無視します)、両方の天体が複合系の重心(天文学では重心と呼ばれます)の周りを公転していると言うのが適切です。
地球上のあらゆる物体は、地球の重力によって引き下げられます。この力は、物体の重さとも呼ばれます。それに対応する「反作用」は、物体が地球に及ぼす重力です。
物体が、例えば吊り下げられたケーブル、下の表面、あるいは浮いている液体などによって支えられ、静止状態を保っている場合、上向きの支持力(張力、垂直抗力、浮力)も存在します。この支持力は「等しく反対向きの」力です。これはニュートンの第三法則によるものではなく、物体が静止状態を保つため、力が釣り合っている必要があるからです。
この支持力には「反作用」も伴います。物体は支持ケーブルを引っ張ったり、支持面や液体を押し下げたりします。したがって、この場合、大きさが等しい4つの力が存在します。
ニュートンの第三法則により、力F1とF2は等しく、力F3とF4についても同様です。力F1とF3が等しくなるのは、物体が平衡状態にあり、かつ他の力が作用していない場合のみです。(これはニュートンの第三法則とは何の関係もありません。)
ばねから質量が吊り下げられている場合、これまでと同様の考察が適用されます。しかし、この系に何らかの摂動(例えば、質量にわずかな上向きまたは下向きの力が加えられるなど)が加わると、質量は上下に振動し始めます。このような加速(およびそれに続く減速)により、ニュートンの第二法則から、観測される速度の変化は正味の力によるものであると結論付けられます。質量に下向きに働く重力は、ばねの上向きの弾性力とはもはや等しくありません。前の節の用語で言えば、F 1と F 3はもはや等しくありません。
しかし、ニュートンの第三法則によれば、 F 1 = F 2および F 3 = F 4であることは依然として真実である。
「作用」と「反作用」という用語には、あたかも「作用」が原因であり「反作用」が結果であるかのように、因果関係を誤解させるようなニュアンスが含まれています。そのため、第二の力が第一の力の結果として存在し、第一の力の後にしばらくして発生したと考えるのは容易です。これは間違いです。これらの力は完全に同時に発生し、同じ理由で存在しています。[ 4 ]
力が人の意志によって引き起こされる場合(例えば、サッカー選手がボールを蹴る場合)、この意志による原因はしばしば非対称的な解釈につながり、選手がボールに及ぼす力が「作用」、ボールが選手に及ぼす力が「反作用」とみなされます。しかし、物理的には状況は対称的です。ボールと選手にかかる力はどちらも、両者の近さによって説明され、その結果、一対の接触力(最終的には電気的反発によるもの)が生じます。この近さが選手の決定によって引き起こされるという事実は、物理的な分析には何の影響もありません。物理学の観点から言えば、「作用」と「反作用」というラベルは入れ替えることができます。[ 4 ]
物理教育者がよく指摘する問題の一つは、生徒がニュートンの第三法則を、同じ物体に作用する「等しく反対向きの」力のペアに適用しがちであるということである。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] これは誤りである。第三法則は、2つの異なる物体に作用する力に関するものである。これに対し、テーブルの上に置かれた本は、下向きの重力(地球による)とテーブルによる上向きの垂直抗力を受けており、どちらの力も同じ本に作用している。本は加速していないため、ニュートンの第二法則によれば、これらの力は正確に釣り合っているはずである。したがって、これらは「等しく反対向き」であるが、同じ物体に作用しているため、ニュートンの第三法則の意味での作用反作用力ではない。ニュートンの第三法則の意味での実際の作用反作用力は、本の重さ(地球が本に及ぼす引力)と、本が地球に及ぼす上向きの重力である。本はテーブルを下向きに押し、テーブルは本を上向きに押します。さらに、本に作用する力は必ずしも同じ強さではありません。本が第三の力によって下向きに押される場合、テーブルが傾いている場合、またはテーブルと本が加速するエレベーターの中にある場合などには、力の強さは異なります。同じ物体に作用する力がいくつあっても、すべての力の合計を考えることで対応できます。
この問題の原因として考えられるのは、第三法則がしばしば「すべての作用には、等しく反対向きの反作用がある」[ 8 ]という簡略化された形で述べられ、これらの力が2つの異なる物体に作用するという詳細が省略されていることです。さらに、物体の重さと垂直抗力の間には因果関係があります。物体に重さがなければ、テーブルからの支持力は発生せず、重さによって支持力の強さが決まります。この因果関係は第三法則によるものではなく、システム内の他の物理的関係によるものです。
もう一つよくある間違いは、「物体が受ける遠心力は、その物体に作用する向心力に対する反作用である」と述べることである。[ 9 ] [ 10 ]
物体が向心力とそれと等しく反対向きの遠心力の両方を同時に受ける場合、合力は消滅し、物体は円運動を経験することができません。遠心力は、非慣性系で計算や測定が行われる場合にのみ現れる力であることを強調するために、仮想力または擬似力と呼ばれることがあります。[ 11 ]
一方の物体が他方の物体よりも「能動的」であり、相互作用を開始しているように見える場合でも (例えば、ボウリングのボールがピンに当たる場合)、物体 A が物体 B に及ぼす力は常に、物体 B が A に及ぼす力と同時に発生します。
このレポートは、子供たちがニュートンの第三法則で経験する困難のいくつかを強調しています。
... 次の質問を文章で答えてください。ニュートンの第三法則は「作用」と「反作用」について述べています。テーブルの上にワインのボトルが立っていると想像してください。ボトルを引き付ける重力を作用と呼ぶ場合、ニュートンの第三法則によれば、この力に対する反作用はどのような力でしょうか。最も頻繁に与えられた答えは、「テーブルがボトルに及ぼす垂直抗力」でした。
…ニュートンの第三法則、
作用と反作用は等しく反対向きである
自然界のあらゆる作用(力)には、等しく反対向きの反作用がある。
これはニュートンによって批判され、彼は惑星にかかる向心力(重力相互作用による)と遠心力が釣り合うようにして、運動の第三法則に基づいて力のバランスを取ろうとした。
ニュートンは運動の第三法則により遠心力は常に重力と等しく反対向きであると述べている。
もう一つの難点は、学生が遠心力などの擬似力を慣性座標系で作用する実際の力であるかのように考えることが多いことです。