2.2.3 第3法則 (Third Law): 作用・反作用の法則 (Law of Action and Reaction) ～押したら押し返される！力はいつもペア～
作用・反作用の法則って、なに？
ニュートンの運動の法則、最後のピース、それが第3法則、「作用・反作用の法則」だよ。 これは、力の生まれ方に関する、とっても面白い法則なんだ。
考えてみて。壁を手でグッと押すと、なんだか壁からも押し返されているような感じがしない？ ボートに乗って岸壁を押すと、ボートは岸壁から離れていくよね。ロケットが猛烈な勢いでガスを下向きに噴射すると、ロケット本体は上向きに飛んでいく。 これらはすべて、作用・反作用の法則が働いている証拠なんだ。
作用・反作用の法則を正確に言うと、こうなるよ。
物体Bは必ず物体Aに、大きさが等しく (Equal in magnitude)、一直線上にあり、向きが反対 (Opposite in direction) の
力（反作用 Reaction）を及ぼし返す。
ポイントは、力は単独では絶対に存在しないということ。必ず「AがBに及ぼす力」と「BがAに及ぼす力」というペア (Pair) で現れるんだ。このペアの関係を作用・反作用の関係というよ。 二つの物体がお互いに力を及ぼし合っている状態、これを相互作用 (Interaction) とも言うんだ。
作用・反作用のペアをどうやって見つける？
作用・反作用のペアを見つけるには、コツがあるんだ。それは、力を言葉で表現してみること！ 力を「(主語 A) が (目的語 B) を （○○する） 力」という形で言ってみるんだ。 そうしたら、その力の反作用は、主語と目的語を入れ替えたものになる！
例を見てみよう。
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作用：「手 が 壁 を 押す 力」
→ 反作用：「壁 が 手 を 押し返す 力」 -
作用：「地球 が リンゴ を 引く 力（＝リンゴに働く重力）」
→ 反作用：「リンゴ が 地球 を 引く 力（万有引力）」 （普段は意識しないけど、リンゴも地球を引っぱっているんだ！） -
作用：「床 が 足の裏 を 押す 力（＝足の裏に働く垂直抗力）」
→ 反作用：「足の裏 が 床 を 押す 力」 -
作用：「糸 が おもり を 引く 力（＝おもりに働く張力）」
→ 反作用：「おもり が 糸 を 引く 力」
図2：作用・反作用の例（ペアになる力は、異なる物体に働く！）
このように、作用と反作用は、必ず異なる物体に働く力のペアになっているんだね！
【超重要！】作用・反作用 と 力のつりあい は違うもの！
ここで、多くの人が混乱してしまうポイントが登場するよ！ それは「作用・反作用のペア」と「力のつり合いの関係にある力のペア」を混同してしまうこと。 この二つはまったく別のものだから、しっかり区別しよう！
| 比較ポイント | 力のつりあい | 作用・反作用 |
|---|---|---|
| 力の働く相手 | 一つの物体に働く複数の力 | 二つの異なる物体の間で働く力のペア |
| 力の関係 | 合力がゼロになる関係 | 互いに及ぼしあうペアの関係 |
| 結果 | 物体は静止または等速直線運動 | （それぞれの物体がどう運動するかは、その物体に働く他の力との合力で決まる） |
例：机の上の本で考えてみよう
机の上に置かれて静止している本で、具体的に見てみよう。
図3：机の上の本における力のつりあいと作用・反作用の関係
本に注目すると…
- 本に働く力は、①重力（地球が本を引く力）と②垂直抗力（机が本を押す力）の２つ。
- 本は静止しているので、この①と②の力がつり合っている（大きさが等しく向きが反対）。これらは「本」という一つの物体に働いている。
次に、作用・反作用のペアを考えると…
- ①重力（地球→本）の反作用は、①' 本が地球を引く力。これは「地球」に働く力。
- ②垂直抗力（机→本）の反作用は、②' 本が机を押す力。これは「机」に働く力。
どうかな？ 「力のつりあい」は一つの物体に働く力の関係、「作用・反作用」は二つの物体の間で働く力の関係だ、ということが分かったかな？ ①と②はつり合っているけど、作用・反作用のペアではない。①と①'、②と②' がそれぞれ作用・反作用のペアだけど、これらは異なる物体に働くので、つり合いの関係にはないんだ。
力の図示をするときは、「注目物体に働く力だけを描く」のが基本だったね。だから、もし「本に働く力」を図示するなら、①と②だけを描く。①' や ②' は、それぞれ「地球」や「机」に働く力だから、本に働く力の図には描かないんだ。
作用・反作用の法則が活躍する場面
この法則は、身の回りのいろんな現象を説明するのに役立っているよ。
- ロケットの打ち上げ：ロケットは燃焼ガスをものすごい勢いで下向きに噴射する（作用）。その反作用として、ガスがロケットを上向きに押し上げる力が働き、ロケットは飛んでいくんだ。
- 歩く・走る：私たちは地面を後ろ向きに蹴る（作用）。すると地面が私たちを前向きに押し返してくれる（反作用）。この力で前に進むことができるんだ。泳ぐときも同じで、水を後ろに押す反作用で前に進む。
- 衝突：ボールを壁に投げつけると、ボールが壁を押す（作用）と同時に、壁もボールを押し返す（反作用）。だからボールは跳ね返るんだね。
第3法則のまとめ
ニュートンの第3法則（作用・反作用の法則）のポイントをまとめると…
- 力は単独では存在せず、必ずペア（作用・反作用）で現れる。
- 作用と反作用は、大きさが等しく、向きが反対で、一直線上にあり、異なる二つの物体にそれぞれ働く。
- 力のつり合いとは全く別の概念である！
【おさらい】ニュートンの3つの運動法則
これでニュートンの運動の法則がすべて揃ったね！もう一度、簡単におさらいしておこう。
- 第1法則（慣性の法則）：力がつり合っていれば ($\sum \vec{F} = \vec{0}$)、加速度はゼロ ($a=0$)。物体は静止または等速直線運動を続ける。
- 第2法則（運動方程式）：力がつり合っていなければ ($\sum \vec{F} \neq \vec{0}$)、その合力 $F$ と質量 $m$ と加速度 $a$ の間に $ma=F$ の関係が成り立つ。
- 第3法則（作用・反作用の法則）：力 $F_{AB}$（A→B）があれば、必ず力 $F_{BA}$（B→A）が存在し、$F_{AB} = -F_{BA}$（大きさが等しく向きが反対）。
これらの法則を使いこなすことで、物体の運動を深く理解し、予測できるようになるんだ。
さあ、次はいよいよ、運動方程式を実際に使って、様々な状況で物体の運動を分析したり、力を計算したりする具体的な方法について、さらに詳しく見ていくよ！