آنچه درباره‌ي قانون عمل و عکس‌العمل بيان مي‌شود سه مورد زير مي‌باشد:
1- بزرگي نيروهاي عمل و عکس‌العمل با هم برابر است.
2- جهت آنها به اندازه‌ي 180 درجه مخالف يکديگر است.
3- هر دو بر يک امتداد قرار دارند يا به عبارت ديگر اين دو نيرو بر روي خطي قرار دارند که از نقاطِ اِعمالِ اين نيروها مي‌گذرد.
مثلاً عبارت يکي از کتابهاي متن معروف [1] در اين رابطه اينگونه است: «نيروهاي عمل و عکس‌العمل بين اجسامِ دارايِ اثرِ متقابل، در بزرگي برابر، در جهت مخالف يکديگر، و همخط مي‌باشند (روي يک خط قرار مي‌گيرند).»
مطمئناً قانون سوم نيوتون، يا همان قانون عمل و عکس‌العمل، در قالبِ سه موردِ فوق کلاً در علم مکانيک برقرار است. اما آيا اين سه مورد تا چه حد در علم الکترومغناطيس برقرار مي‌باشد؟ تلاش مي‌کنيم به اين پرسش، بخش به بخش پاسخ دهيم.
پرسش اول :
آيا آنها در علم الکتروستاتيک برقرارند؟
پاسخ :
بلي. قوانين کولن اين امر را ثابت مي‌کند.
پرسش دوم :
آيا آنها در علم مغناطوستاتيک برقرارند؟
پاسخ :
چون، برخلافِ بارهاي الکتريکي (يا قطب‌هاي الکتريکي)، نمي‌توانيم قطب‌هاي مغناطيسي را در آزمايشگاه مجزا کنيم و روي آنها آزمايش انجام دهيم تا به قوانين اثر متقابل آنها بر روي يکديگر پي ببريم پاسخ به اين پرسش به سرراستي پاسخِ پرسشِ قبل نيست. اما، به‌روشني، تآثير مشهودِ آزمايشگاهيِ قطب‌هاي مغناطيسي (يا، درواقع، آهنرباها) بر يکديگر نشان مي‌دهد که قانوني شبيه قانونِ کولن، حاکم بر شکلِ نيروهاي موجود بينِ قطب‌هاي مغناطيسي مي‌باشد و بنابراين قانون سوم نيوتون، آنچنانکه در سه مورد فوق بيان شد، بين آنها برقرار است.
پرسش سوم :
آيا آنها در علم الکتروديناميک و علم مغناطوديناميک برقرارند؟ (علم الکتروديناميک درباره‌ي تأثيراتِ اِعمال شده بر بارهاي الکتريکي بر اثرِ حرکت آنها در ميدان‌هاي مغناطوستاتيکي مي‌باشد، مثل نيروي لورنتس، و علم مغناطوديناميک درباره‌ي تأثيراتِ اِعمال شده بر قطب‌هاي مغناطيسي بر اثرِ حرکت بارهاي الکتريکي در ميدان مغناطوستاتيکيِ آنهاست مثل نيروي اِعمال شده بر قطب‌هاي آهنربا در آزمايش اورستد.)
پاسخ :
استدلالِ زير نشان مي‌دهد که در اينجا از سه موردِ فوق تنها دو موردِ اول برقرار است:
«مي‌دانيم که بر يک سيمِ حامل جريان الکتريکي در يک ميدان مغناطيسي نيرو وارد مي‌گردد، که در آزمايشِ نشان داده شده در شکل 1 به سمت داخل است. به نظر مي‌رسد که نيروي عکس‌العمل در اين شکل بايد نيرويي اِعمال شده بر قطب‌هاي N و S آهنربا باشد که جهت آنها برخلاف جهت نيرويِ اِعمال شده بر سيم است. اگر وجود چنين نيرويي را نشان دهيم آنگاه ثابت کرده‌ايم که در قانون عمل- عکس‌العمل هم‌امتداديِ نيروهاي عمل و عکس‌العمل لازم نيست.
با مقداري توجه مي‌توان دريافت که اين آزمايش، درواقع، بزرگ شده‌ي همان آزمايش اورستد، نشان داده شده در شکل 2، مي‌باشد. در اين آزمايش، جاري شدنِ جريان الکتريکي I در جهتِ نشان داده شده در شکل 2 نيرويي در جهت ON' بر قطب N از عقربه‌ي مغناطيسي، و نيرويي در جهت OS' بر قطب S از اين عقربه اِعمال مي‌کند. عکس‌العملِ نيروي اول نيرويي در جهت OS' است که بر سيمِ حامل جريانِ I وارد مي‌شود، و عکس‌العملِ نيروي دوم نيرويي در جهت ON' است که بر اين سيم وارد مي‌شود، و اين دو نيروي عکس‌العمل همديگر را خنثي مي‌کنند و سيم بي‌حرکت باقي مي‌مانُد.
حال به شکل 3 به عنوان شکلِ گسترش يافته‌ي عقربه‌ي مغناطيسي (يا دوقطبي مغناطيسي) توجه کنيد. در اين حال نيروي اعمال شده بر قطب N در جهت ON' و نيروي اِعمال شده بر قطب S در جهت OW' است. برآيند اين دو نيرو نيرويي است که بر مرکز جرم آهنربا به سمت سيم وارد مي‌شود. (عکس‌العمل نيروي وارد بر N نيرويي در جهت OS' خواهد بود که برسيم وارد مي‌شود و عکس‌العمل نيروي وارد بر S نيرويي در جهت OE' خواهد بود که برسيم وارد مي‌شود، و برآيند آنها نيرويي وارد بر سيم به طرف مرکز جرم آهنربا خواهد بود.)
حال دوقطبي مغناطيسي را باز گسترش بيشتري دهيد تا شکل 4 به‌دست آيد. در اين حال نيروي وارد بر N در جهتِ ON' است (و عکس‌العمل آن نيرويي وارد بر سيم در جهتِ OS' خواهد بود)، و نيروي وارد بر S نيز در جهت ON' است (و عکس‌العمل آن نيرويي وارد بر سيم است که آن نيز در جهت OS' است.) شکل 4 همان شکل 1 است. به‌اين‌ترتيب نشان داديم که اولاً عکس‌العمل‌هاي نيروهاي وارد بر سيم در شکل 1 وجود دارد (که برآيند آنها F است) و ثانياً آنها روي همان خط F قرار ندارند.»
به‌اين‌ترتيب بايد نتيجه بگيريم که، برخلاف آنچه بعضاً تصور مي‌شود، قانون عمل و عکس‌العمل يا قانون سوم نيوتون شامل حال مورد سوم از سه موردي که در ابتدا بيان شد نمي‌گردد.
پي نوشت :
[1] J. L. Meriam, L. G. Kraige, Engineering Mechanics, John Wiley & Sons, 2002
/ن