說這個理論是石破天驚一點也沒有誇大其詞,因為萬有引力的發現,是17世界自然科學最偉大的成果之一,這個理論第一次把地面上的物體運動和天體運動規律統一起來考慮,揭示了自然界中第一種相互作用力的規律,是人類認識自然的一座裡程碑。
在以後的300多年時間裡,萬有引力定律成為所有科學最實用的一個理論,是大部分物理學最重要的基石。
這個理論說起來很簡單,概括起來就是一句話:萬有引力與兩個相互作用物體的質量乘積成正比,與它們的距離平方成反比。
計算公式為F=GMm/R^2
式中,F是萬有引力的大小;G為引力常量,即G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2;M和m為兩個相互作用的物體質量,R為相互作用兩個物體之間的距離。
也就是說引力是正比于相互作用物體質量,反比于物體之間的距離平方。
道理是對的,但無法精準的計量。
這其中就是因為缺少了一個引力常量“G"。
這個G本來很好得出,隻要測出兩個物體的質量和它們之間的距離,再測出它們之間的引力,代入萬有引力定律,這個G就出來了。但由于地球上一般的物體質量太小,它們之間的引力也微乎其微,實在沒有找到方法能夠測量出來;而天體質量又太大了,那時有沒有辦法測出其質量,所以這個公式就無法完善。
卡文迪許用扭秤實驗,精準的得出了引力常量“G”的數值為6.754×10^-11N·m^2/kg^2,現代經過精準的調校,最新推薦标準為G=6.67259×10^-11N·m^2/kg^2,通常取值為6.67×10^-11N·m^2/kg^2。
如果用厘米克秒制表述則為G=6.67×10^-8 dyn·cm^2/g^2。
牛頓發現了萬有引力定律後,一直難以精确量化引力的大小,為此科學家們苦惱了100年,都沒有找到一個好方法來驗證這個在地球上微乎其微的引力。
卡文迪許是個科學怪傑,他決定來解決這個問題,鼓搗了若幹年,他弄出了一個扭秤,采用引力扭動金屬線的方法,并且用光學方法放大了這種細微的扭動,驗證了牛頓萬有引力定律的正确性,并且測出了萬有引力常量,取得的數值與現代精準數值非常接近。
将兩個小金屬球固定在一根長6英尺木棒的兩端,像個啞鈴形狀,并在木棒的中間用金屬線吊起來;再将兩個重350磅的銅球放在相當近的地方,這兩個大球将産生引力讓綁着小球木棒轉動,這樣就扭動了金屬線。
這個裝置最關鍵的部分是在扭動的金屬線裝置的T型架上,有一面鏡子,會随着金屬線的扭動而轉動。然後讓一束光射到鏡子上,鏡子則把這束光反射到較遠的刻度上,這樣放大了扭動的效果,從而能夠準确的測量出扭動角度的數值。
然後根據牛頓外有引力定律,就能夠算出它們之間的引力常量。
從此,人們根據物體的質量和它們之間的距離,就能夠準确的計算出它們之間的萬有引力;反之,也能夠從萬有引力的大小,得出萬有引力與質量和距離的相關性結果。
其實牛頓的萬有引力定律也是繼承了胡克、哈雷等一些科學家的研究成果,但牛頓完美的诠釋了這個定律。
牛頓的萬有引力定律問世後,哈雷用這個定律測算出了哈雷彗星的軌道周期約為76年,并在哈雷逝世後,這顆彗星如期而至,引起整個歐洲轟動,為此人們把這顆彗星命名為“哈雷”。這個結果驗證了萬有引力的正确性。
天王星是比海王星更早發現的,天文學家們發現根據萬有引力定律,天王星的軌道不正确,難道是萬有引力有問題?
後來英國劍橋大學生亞當斯通過計算和研究,得出天王星附近還有一顆行星,是這顆行星影響了天王星的軌道。根據亞當斯的測算數據,天文台的研究人員用望遠鏡找到了海王星。
即便到了今天,在天文發現和觀測方面,萬有影定律依然有着無法替代的作用。愛因斯坦發現了萬有引力的本質是質量對時空造成的擾動,并且修正了經典力學在高速狀态的一些誤差,這并沒有否定萬有引力的偉大意義。
就是這樣,歡迎讨論。
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