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萬有引力定律所涉及的公式

生活 更新时间:2025-04-20 22:34:15

現在小學生都知道牛頓的萬有引力定律,萬有引力公式是什麼?本文有個奇怪的觀點想給大家說一下,我們先來說一下萬有引力定律和萬有引力公式先吧。

萬有引力是由于物體具有質量而在物體之間産生的一種相互作用。它的大小和開普勒第二定律 以及兩個物體之間的距離有關。物體的質量越大,它們之間的萬有引力就越大;物體之間的距離越遠,它們之間的萬有引力就越小。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)1

兩個可看作質點的物體之間的萬有引力,可以用以下公式計算:

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)2

,即 萬有引力等于引力常量乘以兩物體質量的乘積除以它們距離的平方。其中G代表引力常量,其值約為 6.67×10ˆ-11 單位 N·m2/kg2。為英國科學家卡文迪許通過扭秤實驗測得。

萬有引力的推導:若将行星的軌道近似的看成圓形,從開普勒第二定律可得行星運動的角速度是一定的,即:

ω=2π/T(周期)

如果行星的質量是m,離太陽的距離是r,周期是T,那麼由#FormatAID_5# 式可得,行星受到的力的作用大小為

mrω2=mr(4π2)/T2

另外,由開普勒第三定律可得

T2/r三次方;=常數k′

那麼沿太陽方向的力為

mr(4π2)/T&2;=mk′(4π2;)/r2;

由作用力和反作用力的關系可知,太陽也受到以上相同大小的力。設太陽的質量為M,從太陽的角度看,

M(k″)(4π2)/r2

是太陽受到沿行星方向的力。因為是相同大小的力,由這兩個式子比較可知,k′包含了太陽的質量M,k″包含了行星的質量m。由此可知,這兩個力與兩個天體質量的乘積成正比,與兩個天體距離的平方成反比。

公式表示F: 兩個物體之間的引力

G:萬有引力常量

m1: 物體1的質量

m2: 物體2的質量

r: 兩個物體之間的距離(大小)(r表示徑向矢量)

依照國際單位制,F的單位為牛頓(N),m1和m2的單位為千克(kg),r 的單位為米(m),常數G近似地等于

G=6.67×10⁻11 N·m2/kg2(牛頓平方米每二次方千克)。、

萬有引力定律

萬有引力定律是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數學原理》上發表的。牛頓的普适的萬有引力定律表示如下:任意兩個質點有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)3

萬有引力問題遲遲得不到徹底解決的根本原因是什麼?

萬有引力現象是牛頓在三百多年以前發現的。這個現象到底是怎樣産生出來的?萬有引力的起源和本質到底是什麼?相距遙遠的兩個天體之間的萬有引力是如何傳遞的?諸如此類的問題從牛頓發現萬有引力現象的那一刻起就存在,而且至今都還沒有得到徹底解決。甚至萬有引力本身是否真的存在還是一個有争議的問題。

在過去了的這三百多年裡,科學整體發生了巨大的變化。其發展速度是以往任何時代都無法相比的。但萬有引力這個問題幾乎還是停留在牛頓的時代。這樣說的理由是因為當年牛頓所面對的那些問題今天還依然存在。難道萬有引力問題真的那麼複雜難解嗎?還是因為什麼其他的原因導緻這個問題遲遲得不到徹底解決的?

筆者圍繞萬有引力問題進行了長達十年左右的專心研究,終于發現了萬有引力問題遲遲得不到徹底解決的根本原因是什麼。這個原因并不是科學研究技術上的,而是思路和觀點上的。也就是說, 無論人們制造出多麼精密的測量儀器,使用多麼現代化的科學技術和多麼高深複雜的數學運算,隻要不改變思路和觀點都不可能徹底解決萬有引力問題。而在過去的這三百多年裡,人們恰恰就是想通過提高科學技術的方法來解決萬有引力問題。這些方法包括建造引力波探測系統,建立複雜的萬有引力數學模型,使用最現代的計算機模拟技術等等。這種試圖從方法和技術上解決萬有引力問題的努力全部都是徒勞的。解決萬有引力問題的關鍵是在思路和觀點的轉變上。

為了說明這一點,我們可以借鑒地心說和日心說這兩個理論的關系。地心說和日心說的根本區别其實就是在思路和觀點上。一個人用地心說(太陽圍繞地球轉)的觀點作為指導思想去解釋宇宙現象,他就必然會沿着托勒密的思路去思考和研究。沿着這個思路走下去所要做的事情就是提高計算精度和建立複雜的本輪模型。也就是從技術上解決遇到的問題,而不會嘗試着從觀點和思路上解決遇到的問題。因為這樣做也可以提高對天文現象計算結果的準确性和精度,因此就會讓人們誤以為這樣的研究方向是正确的。不會去想思路和觀點錯誤的問題。導緻地心說延續了上千年之久才被日心說推翻。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)4

實際上,日心說推翻地心說的根本原因并不是技術上的,而是觀點和思路上的。在日心說的觀點和思路上,人們使用與地心說同樣的方法和技術就會獲得完全不同的認識。地心說的觀點實際上是人們根據感性認識自然形成的而不是經過科學研究的過程形成的。

萬有引力問題與地心說的問題有着非常相似的地方。雖然牛頓使用了科學研究的方法發現了萬有引力現象,但他所發現的僅僅是“萬有”現象,而不是“引力”現象。“引力”的觀點是在牛頓發現萬有引力現象之前就已經存在了。“引力”的觀點與地心說的觀點一樣是依靠感性認識自然形成的,而不是經過科學研究的過程形成的。從來也沒有任何一個科學實驗直接證實過在地球與月球之間,在蘋果與地球之間,在任意兩個物體之間有相互吸引的引力存在。“引力”隻不過是人們想象中的東西而已。“引力”與“太陽圍繞地球轉”一樣都是人們根據自然現象作出的錯誤結論。就像自然世界裡根本就不存在“太陽圍繞地球”轉這個現象一樣,自然世界裡也根本就不存在牛頓引力理論中所描述的那個相互吸引的“引力”。

“引力”是否存在是一個科學基本觀點的問題。我認為,在這個問題還沒得到徹底解決之前,科學界應該允許讓持有“存在”和“不存在”這兩種不同觀點的人公平競争。而不是武斷地把否定引力的一方打壓下去。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)5

按照引力存在的思路研究萬有引力問題,結果就像過去的這三百多年一樣,根本就不可能解決萬有引力問題。在日心說取代地心說之前,太陽圍繞地球轉是當時的科學觀點。那時的科學家就是用這個思路研究自然現象的。因此也永遠解決不了地心說中存在的根本問題。而當後來的人們把觀點和思路一旦換成了日心說,那些主要的相關問題很快就得到了解決。道理是一樣的。要想解決萬有引力問題,必須放棄“引力存在”的觀點。要從引力不存在的思路上進行研究才是正确的。

改變基本觀點是一件非常困難的事情。就像當年讓人們從“太陽圍繞地球轉”的觀點改變成“地球圍繞太陽轉”的觀點時所遇到的巨大困難一樣。雖然困難,但一旦觀點改變過來之後, 各種各樣的問題就立刻迎刃而解了。

同樣道理,如果人們能放棄引力存在的觀點,改成引力不存在的觀點,那些與萬有引力相關的各種問題就會立刻迎刃而解。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)6

人們不願意放棄“引力存在”的觀點是可以理解的。這是老舊的知識體系造成的。就像當年人們用老舊的知識體系對地心說和日心說作出判斷的時候,怎麼看都覺着日心說沒道理。卻沒意識到,說日心說沒道理的原因是因為他們使用的知識是老舊過時的。同樣道理,對引力是否存在作出判斷的時候也取決于使用老舊知識和新知識的問題。老舊的知識就是缺乏“實體與場屬性原理”的知識。這些老舊知識對物質的實體屬性和場屬性不加區分。因此就使用實體屬性的自然規律去解釋場屬性的自然現象。具體來說就是用牛頓的三大運動定律來解釋萬有引力現象。殊不知牛頓的運動定律是對實體屬性規律的描述,而萬有引力現象實際上是一個場屬性現象。用實體屬性的自然規律解釋場屬性現象的做法就好像是用一台秤去稱量一個人的身影有多重的做法差不多。用錯方法了。

與老舊知識相比,最新的知識告訴我們,物質同時具有實體屬性和場屬性。實體屬性的自然現象隻遵循實體屬性的自然規律,不遵循場屬性的自然規律。場屬性的自然現象隻遵循場屬性的自然規律不遵循實體屬性的自然規律。這就是實體與場屬性原理。隻要根據這個原理就很容易理解,用牛頓運動定律解釋萬有引力現象的做法是錯誤的。也就沒有必要堅持“引力存在”的觀點了。放棄了引力存在的觀點之後,接下來面對的問題就是:引力加速度(又叫做“自由落體加速度”)是如何産生出來的?解決這個問題當然與思路有關。

正确的思路應該是:

1)引力不存在,

2)萬有引力現象是場屬性現象,

3)自由落體加速度來自屬性場,

4)屬性場是物質與生俱來就有的一個基本屬性。

5)因此萬有引力現象是兩個物體同時存在情況下的自然屬性現象,而不是力學現象。按照這個思路從數學上就可以找出對應的過程。

1)物質具有屬性場。其數學描述形式為屬性場強度:D=M/A。

2)自由落體加速度來自屬性場強度:g=GmD。

3)當自由落體運動受阻時,那個剛好抵消自由落體加速度的外力就是牛頓所說的那個萬有引力:F=mg。

由此可見:加速度g來自物質的屬性場,力F來自加速度g。這樣就一目了然了。但是,如果不轉變觀念的話,就理解不了加速度的來源。非要堅持認為“所有的加速度都隻能是在物體受力的過程中産生出來”,那就永遠也解決不了萬有引力問題。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)7

很明顯,萬有引力現象是一個場屬性現象而不是力學現象。這個現象是由場産生出來的,而不是由相互吸引力産生出來的。對這一點的理解,愛因斯坦的理論是有幫助的。愛因斯坦否定了相互吸引的萬有引力存在。他用彎曲時空來解釋萬有引力現象的産生。實際上,愛因斯坦的彎曲時空就是一個場。他把這個場叫做“引力場”。盡管如此,愛因斯坦的理論在“場”的觀點上卻是錯的。他把引力場看作是彎曲的時空。這就證明他把這個場看作是與天體“相互獨立的存在”。并沒有把引力場看作是天體自身所攜帶的一個場。這在基本觀點上犯了根本性的錯誤。糾正愛因斯坦理論的有效方法就是改變“場與物體相互獨立”的觀點。把它改變成“物體與場是相互不可分割的統一體”的觀點。改變之後,就沒有必要用物體質量壓彎時空的詭辯形式來解釋萬有引力現象了。隻要直接用屬性場是包圍在物體周圍的球形場來解釋萬有引力現象就足夠了。

由此可見,萬有引力現象其實本來是一個再簡單不過的自然現象了。它就是物質基本屬性在兩個物體之間的相互不對稱産生出來的自然屬性現象。就這麼簡單。把這麼簡單的事情複雜化的原因就是:1)把這個場屬性現象用實體屬性的自然規律加以解釋。也就是把這個與力無關的現象用力學關系進行解釋,結果就越解釋越複雜。2)把物質的兩個不可分割的自然基本屬性分割開來對待。物質實體與場是不可分割的。萬有引力現象是在這個前提下産生出來的。一旦把實體與場分開對待,立刻簡單的事情就變複雜了。

其實,萬有引力的問題在大約十年前發現了“物質同時具有實體屬性和場屬性”之後不久就已經徹底搞清楚了。隻不過因為人們的觀點和思路糾正過來,無法正确理解而已。就像當年人們在沒有把太陽圍繞地球轉的觀點和思路糾正過來之前無法理解哥白尼的日心說的道理完全一樣。

萬有引力定律所涉及的公式(對于萬有引力定律公式)8

總之,“萬有引力問題遲遲得不到徹底解決的根本原因是什麼?”這個問題的答案就是:觀點和思路不正确。

其實物理學中的很多問題得不到解決的原因都與思路和觀點上的錯誤有關。下表是筆者總結出的一部分:

部分

錯誤觀點

正确觀點

1

太陽圍繞地球轉

地球圍繞太陽轉

2

有相互吸引的萬有引力存在

萬有引力不存在

3

自由落體加速度是引力産生的

自由落體加速度是物質屬性場決定的

4

在引力現象中先有力後有加速度

在引力現象中先有加速度後有力

5

重力就是引力

重力不是引力

6

天體與普通物體遵循相同力學定律

實體與場屬性原理

7

萬有引力現象是一種力學現象

萬有引力現象是物質屬性現象

8

牛頓引力公式是推導出來的

牛頓引力公式是拼湊起來的

9

牛頓引力常數是實驗常數,沒有具體的物理意義

牛頓引力常數的物理意義隐藏在統一常數裡

10

自由落體運動是受力運動

自由落體運動是不受力運動

11

運動速度的改變等同于改變運動狀态

運動速度的改變不等于改變運動狀态

12

物體質量可以随着運動速度而改變

物體質量在任何情況下都不變

13

物體慣性恒等于物體質量

物體慣性随着運動速度發生改變

14

質量有慣性質量和引力質量之分

質量隻有一個就是物質含有量

15

物質隻有實體屬性

物質除了實體屬性之外還有場屬性

16

物質實體與它周圍空間的關系是相互獨立的

物體周圍被它自身的屬性場包圍着。物質實體與它的屬性場不可分割

17

空間與場沒有區别

空間沒有功能和範圍,場有功能和範圍。

18

時間有開始和結束,有功能和形狀

時間無始無終也沒功能和形狀

19

天體周圍的時空被天體質量壓彎曲

天體被它自己的球形屬性場所包圍着

20

天體的圓周運動是一個受力運動

天體的圓周運動是慣性運動和自由落體運動合成的不受力運動

21

光速與實體粒子速度在本質上相同

光速與實體粒子速度在本質上不同

22

物質之間的相互作用就是實體之間的相互作用

物質之間的相互作用包括實體之間和場之間的相互作用

23

力學定律适用于所有的物理現象

力學定律隻适用于實體現象,不适用于場現象

24

作為物理現象,實體現象與場現象在本質上沒有區别

實體現象與場現象是本質不同的物理現象

25

實體現象和場現象可以用同一套自然規律作出解釋

實體現象隻能用實體自然規律解釋,場現象隻能用場自然規律作出解釋

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