作者 | 宇宙物理學

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重力和引力，是我們生活中經常聽到的兩個詞彙。

很多人認為重力就是引力，這兩個概念是一個意思——但這種想法并不正确。

今天宇宙君就來把它們放在一起，細細講解，看看這兩個概念究竟有何不同。

引力又被稱為萬有引力，這是因為任意兩個物體或者粒子之間都存在着引力。

引力是宇宙中四種基本相互作用力之一，其餘的三種分别是：強力，弱力和電磁力。現在弱力和電磁力已經被統一到了一起了，但是我們還是習慣說四種基本相互作用。

引力是四種相互作用力中最弱的一種，兩個質子間的萬有引力隻有它們間的電磁力的1/（1.235*10的36次方），即1.235萬億億億億分之一。

引力的大小，可以用牛頓的萬有引力定律來計算：

引力形成的原因，目前來說科學界并無定論。其中最具說服力和想象力的是廣義相對論，認為萬有引力是由于時空彎曲而産生。

簡單來解釋一下吧：衆所周知，兩點之間線段最短，這是在平面幾何中的公理；這線段就是短程線。然而，在被彎曲的四維時空裡，短程線也被彎曲了，所以産生了引力這種效果。

重力是我們從初中階段就開始學習的力，也是最重要、最常見的力之一。但是，國内外各種書籍對重力概念的定義不盡一緻，基本上分為以下幾類。

為了突出重點，我把文字用圖片表示出來了，紅色為重點信息。

這些概念如果看的不太明白，也沒關系，下面會把以上概念再分成兩類：

第一類說法：重力就是引力——地球對物體的吸引産生的力。（包括上圖中的第1，第2，第5）

第二類說法：重力是某個力的平衡力——比如懸線的拉力，地表的支持力等或是自由落體加速度效果的産生原因。（包括上圖中的第3，第4）

這兩種說法在某種程度上都是對的，隻是看待重力的精細程度不同而已。

第一種說法，其實是非常粗糙的；而第二種說法，則更接近本質。

從第二種說法來看，重力和引力是不同的。

通常所指的重力是由于引力而産生的，重力是引力的一部分；但我們也聽過人造重力，這種重力的産生不是由于引力，而是由于運動。

重力是一種作用效果，所謂的效果，其實就一種感覺。

重力是支持力的體現

而引力是與距離和質量相關一種基本作用，這種作用有着嚴格的計算方法（萬有引力）。

但是，我們要知道，一個力的大小和一個力的作用效果之間并不是那種直接明了的關系，還和很多其他要素有關。

比如同樣一個力，作用在不同質量的物體上，産生的加速度（其實就是作用效果）就不同；同樣的力，作用在不同運動的物體上，産生的效果也不同。

所以，重力是引力的一種作用效果，這種效果不止跟引力有關還和其他因素有關——比如地球自轉；

産生重力的效果，不僅僅隻能依靠引力，還可以依靠運動——比如，坐在一個做圓周運動的空間裡，會産生和重力一樣的作用效果。

自有落體其實是一種失重狀态

下面通過進行具體的計算來分析和說明。

我們随着地球一起自轉，這個轉動速度是非常快的，約430米每秒，已經超過聲速了。

因此，我們會需要一個力來維持這種圓周運動，這個力，通常被稱為向心力。

向心力并不是一種具體屬性的力，而是一種效果力，這裡在不影響說明的情況下，姑且把它稱為一個力。

這個力的大小可以用向心力公式來計算：

我們在地球表面，受到地球的萬有引力是：

那麼，真正我們感受到的效果，也就是感受到的重力是：

也就是說，引力的一部分，提供了我們随着地球做圓周運動的向心力；另一部分，讓我們産生了重重的感覺——即産生了重力。

由于F向隻有F引的3%~4%，所以，在不精确的分析中，我們認為G=F引，即重力等于引力——這就是為什麼很多人混淆這兩個概念的原因。

進一步分析

如果，向心力變大了，比如地球自轉的速度增大了，此時引力是不會變化的，那麼重力就會減少。

根據上圖中的式子，這是顯而易見的。

我們想象一下極限情況，當向心力等于引力時，重力就變為了0，也就是我們完全失重了！

我們會飄在空中，而不會像現在這樣緊緊貼在地面上——其實，空間站中的宇航員，就是處于這種狀态，他們的引力依然存在，和地面差不多大，但是重力完全為零——因為他們随着空間站一起，繞地球高速飛行，向心力等于重力了。

對了，要達到這種“向心力等于引力，重力變為0”的速度，就是我們常說的第一宇宙速度，大小約為8公裡每秒鐘。

下面再來分析運動對重力的影響。

第一，自由落體：

當我們做自由落體運動時，由于隻受到引力的作用，所以全部的加速度都來源于引力。

這個加速度同樣包括“随地球自轉的圓周運動向心加速度”和“相對地面的自由落體加速度”。

這兩個加速的效果，占用了全部的引力，所以，重力也是為0——因此，自由落體運動也是一個完全失重的狀态。

第二，加速運動：

為了産生重力的效果，其實不一定需要引力，加速運動同樣可以做到。

當你坐在一個飛船裡，朝着一個方向加速度的時候，你會感覺（或者說需要）來自于飛船的支持力，這個支持力維持了你的加速運動狀态——也讓你産生了重力的感覺。

同樣，當你坐在一個轉動的飛船裡，向心加速度也會産生重力的效果。

以上兩種情況，可以看出運動對重力的影響。

經過上面的講解，相信各位讀者對重力和引力的關系，已經有了較為清晰的認識。

這裡簡單總結一下：

重力是一種效果力，可以來源于引力，也可以來源于運動；

通常說的重力和引力，由于大小差不多，所以被混為一談了；

引力的本質還未探明，但是廣義相對論對引力的解讀目前最為流行。

（完）

參考資料：

1. 百度百科：萬有引力
2. 《費曼物理學講義》
3. 《蘇格爸的奇妙物理》

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