物理随谈(7):人们弄错地心引力了!在无地心引力的情况下,物体不是往上飘的!

无法剪贴这怎么写!

自从牛顿发现了地心引力,并提出了万有引力这个定律后,人们开始误解地心引力。

地心引力

地心引力(Gravity):一切有质量的物体之间产生的互相吸引的作用力。地球对其他物体的这种作用力,叫做地心引力。其他物体所受到的地心引力方向向着任何方向。 根据牛顿的万有引力定律,任何有质量的两种物质之间都有引力。

地球本身有相当大的质量,所以也会对地球周围的任何物体表现出引力。拿一个杯子举例,地球随时对杯子表现出引力,杯子也对地球表现出引力。地球的质量太大了,对杯子的引力相对自身质量来说也就非常大,加速度也就比较大,所以,就把杯子吸引过去了,方向,就是向着地球中心的方向,这个力就是地心引力。

重力并不等于地球对物体的引力。由于地球本身的自转,除了两极以外,地面上其他地点的物体,都随着地球一起,围绕地轴做匀速圆周运动,这就需要有垂直指向地轴的向心力,这个向心力只能由地球对物体的引力来提供,我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力,一个分力F1,方向指向地轴,大小等于物体绕地轴做匀速圆周运动所需的向心力;另一个分力G就是物体所受的重力(图示)其中F1=mw2r(w为地球自转角速度,r为物体旋转半径),可见F1的大小在两极为零,随纬度减少而增加,在赤道地区为最大F1max。因物体的向心力是很小的,所以在一般情况下,可以认为物体的重力大小就是万有引力的大小,即在一般情况下可以略去地球转动的效果。

万有引力定律

万有引力定律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿于1687年在《自然哲学的数学原理》上所发表的一种自然规律。牛顿普适的万有引力定律表述如下:

任何两个质点都存在通过其连心线方向上的相互吸引的力。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

伽利略在1632年实际上已经提出离心力和向心力的初步想法。布里阿德在1645年提出了引力平方比关系的思想.牛顿在1665~1666年的手稿中,用自己的方式证明了离心力定律,但向心力这个词首先出现在《论运动》的第一个手稿中。一般人认为离心力定律是惠更斯在1673年发表的《摆钟》一书中提出来的。根据1684年8月~10月的《论回转物体的运动》一文手稿中,牛顿可能在这个手稿中第一次提出向心力及其定义。

万有引力与相作用的物体的质量乘积成正比,是发现引力平方反比定律过渡到发现万有引力定律的必要阶段.·牛顿从1665年至1685年,花了整整20年的时间,才沿着离心力—向心力—重力—万有引力概念的演化顺序,终于提出“万有引力”这个概念和词汇。·牛顿在《自然哲学的数学原理》第三卷中写道:“最后,如果由实验和天文学观测,普遍显示出地球周围的一切天体被地球重力所吸引,并且其重力与它们各自含有的物质之量成比例,则月球同样按照物质之量被地球重力所吸引。另一方面,它显示出,我们的海洋被月球重力所吸引;并且一切行星相互被重力所吸引,彗星同样被太阳的重力所吸引。由于这个规则,我们必须普遍承认,一切物体,不论是什么,都被赋与了相互的引力(gravitation)的原理。因为根据这个表象所得出的一切物体的万有引力(universal gravitation)的论证……”

牛顿在1665~1666年间只用离心力定律和开普勒第三定律,因而只能证明圆轨道上的而不是椭圆轨道上的引力平方反比关系。在1679年,他知道运用开普勒第二定律,但是在证明方法上没有突破,仍停留在1665~1666年的水平。只是到了1684年1月,哈雷、雷恩、胡克和牛顿都能够证明圆轨道上的引力平方反比关系,都已经知道椭圆轨道上遵守引力平方反比关系,但是最后可能只有牛顿才根据开普勒第三定律、从离心力定律演化出的向心力定律和数学上的极限概念或微积分概念,才用几何法证明了这个难题。

人类对于地心引力的误解

自从地心引力被发现,各种稀奇古怪的问题也随之被提了出来。有个非常出名的问题,这问题可能连白痴都知道,那就是——如果世界上没有地心引力,那会发生什么?

多数人类都会这样认为——所有物品都会不断地飘到空中,永远不会掉下来。可这却是错误的。

原因

其实在无地心引力的情况下,所有物品的确会飘到空中,不过当它碰到其他物品时,不管那物品比自己大还是比自己小,比自己重还是比自己轻,都会借着那物体的力往反方向飘,除非它再次去到一个有着地心引力的星球。

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2021-11-18 12:31:26

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