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重力是不是由萬有引力産生的

生活 更新时间:2024-11-26 18:37:11

蘋果因為萬有引力的作用而從樹上墜落地面,我們也因為地球的重力才沒有飄逸到宇宙之中去,那麼重力是不是就是引力呢?還真不是。

引力是宇宙中已知的四種基本力之一,任何兩個具有質量的物體之間都具有相互的引力作用,比如桌面上放着的兩個杯子,它們之間同樣具有相互的引力作用,隻不過由于極其微弱,所以無法察覺罷了。那麼重力是什麼呢?重力其實并不等于引力,但又與引力有着密切的聯系。事實上,重力是由于地球對物體的引力而産生的力,它的計算公式為F=mg,m是物體的質量,g為重力加速度,地球上的重力加速度為9.8m/s²。物體的質量是不會變化的,但重力加速度卻會發生變化,所以在不同的星球上,物體所受的重力也就不同。

重力是不是由萬有引力産生的(重力其實并不等于引力)1

萬有引力為F=GMm/R²,G是萬有引力常數,M是地球的質量,m是物體的質量,R是地球的半徑。

從計算公式可知,重力并不完全等于萬有引力,萬有引力隻與兩個物體的質量和距離有關。隻要仔細思考重力與萬有引力之間的關系,我們就會發現一個問題,地球上的物體所受到的重力其實是并不相同的,而導緻這種不同的第一個因素就是所處的位置。地球是一個球體,但并不是一個标準的球體,準确地來說,地球應該算是一個橢球體。在南北極點上,地球的半徑約為6356.9千米,而在赤道地區,半徑就變成了6378.5千米。

重力是不是由萬有引力産生的(重力其實并不等于引力)2

引力與距離的平方成反比,所以距離越遠,兩個物體的引力作用就越小,通過計算可知,在赤道地區,物體所受的重力大概比兩極地區小1.5‰。

赤道地區所受的重力比南北極點小,但并不止距離這一個因素而已,還有另一個非常重要的因素,那就是離心力。地球并不是一顆靜止不動的行星,它時刻處于自轉運動之中,其自轉角速度可以達到每小時15度,所以位于地球上的物體也會随地球一定轉動。不過也并不是任何地方的物體都會随地球一起轉動,位于南北極點的物體就不會,所以在南北極點上,重力就等于萬有引力。

重力是不是由萬有引力産生的(重力其實并不等于引力)3

在地球上,自轉線速度最快的地方就是赤道,可以達到每小時1670千米,所以位于赤道上的物體所受到的向外的離心力就是最大的,因此赤道地區的物體所受的重力就等于萬有引力減去慣性離心力。

需要注意的一點是,離心力其實并不存在,它隻是一種虛拟力,實際上為了維持圓周運動所産生的力是向心力,這裡之所以将其用虛拟的離心力來表示,是為了讓理解和計算都變得更加簡單。萬有引力是GMm/R²,而慣性離心力是mω²R,這裡面的ω是自轉角速度。經過計算可知,由于地球自轉的影響,所以在赤道地區所受的重力比南北極點要小大約3.5‰,再加上因距離所産生的1.5‰的差距,最終可以得出結論,赤道地區所受的重力比南北極點大約小5‰。

重力是不是由萬有引力産生的(重力其實并不等于引力)4

地球重力存在差異,所以在赤道地區購買黃金,然後跑到南北極點賣出,妥妥獲利5‰。

不過想法雖好,但卻沒有實際操作的價值,因為首先南北極點沒有金店,你需要強拉一個買家到南北極點去跟你交易。其次,這個黃金買家必須是個剛剛從賣菜轉行過來的,這樣他才會使用彈簧秤來稱黃金,而專業的黃金商人使用的都是天平,在哪稱都一樣。在地球上,不同位置所受的重力是不相同的,那麼同一個位置,重力是否有發生變化的可能呢?當然有可能,而且每時每刻都在變化,隻不過變化十分微小罷了。

重力是不是由萬有引力産生的(重力其實并不等于引力)5

導緻一個地點重力發生變化的因素并不在地球之内,而在地球之外。

地球并不是一顆孤星,在地球周圍還存在着其它天體,這些天體會對地球産生引力作用,并使地球上物體所受的重力大小發生變化,而重力變化的幅度與物體和地外天體的位置關系有關。比如位于地球背陽面的物體,其所受的地球引力和太陽引力的方向是相同的,所以重力就會有些許增加,而位于地球向陽面的物體,因為太陽引力與地球引力方向是相反的,所以重力就會有所減輕,不過影響幅度非常小,還不足千萬分之一,也就是說一千萬斤的物體最多隻會因太陽的引力作用而發生1斤的重量變化。其實,對地球重力影響最大的天體并不是太陽,而是月亮,因為它與我們足夠近,它對地球的重力影響大約可以達到太陽的2倍,也就是千萬分之二。

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