重力是高中物理最基礎的概念之一,大家都知道重力G=mg,方向豎直向下,地球不同地方重力不同。但是我問大家三個問題:
1.重力豎直向下到底是什麼含義?
2.重力是萬有引力嗎?它和萬有引力關系是怎樣的?
3.在地球表面的物體完整的受力分析到底是怎樣的?
如果你不能很好的回答這三個問題也沒有關系,因為99%的同學都沒有掌握這些知識點,今天我們就來把它講透。
重力豎直向下的含義
如上圖,大家都知道地球是個橢圓而不是标準的圓。要想知道我們在地球上任意一點的重力方向。首先需要畫出圓周上該點的切線。這條切線我們可以看做是當前的地平面,而重力的方向與切線垂直,方向向下。這就是豎直向下的意思。
由于地球不是标準圓。因此除了在南北極和赤道,剩餘位置重力都不指向地心。
看到這裡你明白豎直向下的含義了吧:豎直向下是指與切線垂直,方向向下。
重力和萬有引力的關系地球表面物體所受萬有引力的方向是永遠指向地心的。但是上文我們的結論是重力方向不一定指向地心,可見重力并不是萬有引力,那重力和萬有引力的關系是怎樣的呢?
為了回答這個問題,我們需要對地球表面物體做個完整的受力分析。(注意,以下分析忽略地球的公轉以及地球外系統對地球産生的影響)
如上圖。在A點的物體受到的力其實隻有萬有引力(圖中的F吸)和支持力(圖中的FN)兩個。我們把萬有引力分解成兩個力,其中G與支持力方向相反。F向平行于赤道面,指向地軸。
由于豎直方向物體是靜止的,所以G和支持力大小相等方向相反。這兩個力為平衡力,這個G就是重力。
看到這裡,物體受到的合力就很直觀了,就是還沒有被平衡的力F向 。也正是這個力使物體跟地球的自轉一起轉動,做勻速圓運動。
最後要注意一個例外,那就是南北極這兩個極點。在這兩個點上F向為0,萬有引力和重力大小相等方向相反,此處重力加速度最大。
如果上面你看懂了,那第二個和第三個問題你就知道了。恭喜你,掌握了99%的同學都不知道的重力知識點。
總結豎直向下是指與切線垂直,方向向下。
重力不是萬有引力,而是萬有引力在豎直方向的分力。
地球上物體所受合力是向心力F向。
思考題請你分析一下為什麼赤道上重力加速度最小
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