萬衆期待的太空三人組

在中國空間站順利完成了第二次授課

4項有趣的實驗讓大家看得意猶未盡

與太空的微重力環境截然不同

在地球上生活的我們

之所以能“腳踏實地”

則是跟它有關

——重力加速度

重力加速度作為物理學中的重要概念

是重力計算的重要參數

那重力加速度是如何定義的？

又是如何測量的？

會受哪些因素影響呢？

一起來了解一下吧~

什麼是重力加速度？

首先來複習一下兩個既熟悉又陌生的概念：

重力是由兩個力綜合作用所形成的，分别為來自地球的萬有引力和物體繞地軸轉動所産生的離心力。

加速度是描述速度變化快慢的物理量，是速度變化量與發生這一變化所用時間的比值。

重力對自由下落的物體産生的加速度，就稱為重力加速度，通常用字母g表示，單位為m/s2。

計量小知識

►由于伽利略通過著名的比薩斜塔實驗首次測量了重力加速度，因此，為紀念這位偉大的科學家，重力加速度的單位除了國際制單位“m/s2”外，還有一個非國際制單位“伽（Gal）”。

1 Gal = 1 cm/s2

影響重力加速度的因素

1.緯度

重力加速度随緯度的增加而增大，且南北半球的變化規律一緻。

緯度越高的地點越靠近地球兩極，相應的重力加速度就越大，兩極處的重力加速度值為最大。兩極處比赤道處的重力加速度值大了約0.5%。

⊙不同緯度下重力加速度值

2.海拔

重力加速度随海拔的增加而減小。

在其他條件相同的前提下，從海平面升高至珠穆朗瑪峰的高度，會使重力加速度值減少約0.28%。

⊙不同海拔下重力加速度值測量結果

課間提問

►從荷蘭拉貨去非洲，貨物憑空“消失”了好幾噸？

你知道這是為什麼了嗎？

3.地形與地質

地形和地質的局部變化，包括極地冰川融化導緻的冰川質量減少而海水質量增加；地殼運動導緻的山峰高度與質量變化等，會導緻質量分布不勻，從而使重力加速度值産生波動。

根據GRACE衛星數據繪制的重力異常圖顯示了實際地表與理想地表（完全均勻且無特征的地表）之間的重力加速度值差異。最深的藍色和最深的紅色分别代表重力加速度差值為 -50 mGal 和 50 mGal，而綠色則表示差值為0。

⊙基于GRACE衛星數據繪制的重力異常圖

4.潮汐

地球上物體受到的潮汐力是由兩種力綜合作用形成的，分别為來自太陽與月亮的萬有引力和物體随地球公轉而産生的離心力。因為這些力一直在變化着，所以地球上的潮汐力也在不停地變化，而潮汐力的變化會導緻大江大海出現潮汐現象，同時也對重力加速度值産生影響。

不過，潮汐因素對重力加速度的影響相對較小，一天中重力加速度值産生的典型變化約 0.2 mGal。

⊙日月引力與海洋潮汐

計量小知識

►1901年，第三屆國際計量大會将在緯度45°的海平面精确測得物體的重力加速度g= 9.80665 m/s2作為重力加速度的标準值。

重力加速度的測量

目前，測量重力加速度的儀器設備統稱為“重力儀”，分為絕對重力儀和相對重力儀兩類：

絕對重力儀可直接測量某處重力加速度的值。一般精度很高，但不便移動，常作為計量基準使用。

相對重力儀則通過測量某處相對于重力基準所在處基準值的偏差值，間接得到該處的重力加速度值。一般精度相對較低，但便于移動，可在車輛、飛機、船舶、潛艇甚至衛星上使用，需要定期校準。

計量小知識

►中國計量科學研究院憑借尖端量子科技自主研制的NIM-3A型光學幹涉絕對重力儀和NIM-AAG1型冷原子幹涉絕對重力儀，在第十屆全球絕對重力儀關鍵比對中，中國計量科學研究院的重力點位成為了全球重力測量量值的溯源地和基準原點，并建立了“國家重力加速度計量基準”。

NIM-3A型

NIM-AAG1型

重力加速度測量的應用

量值傳遞與溯源

凡是利用重力效應進行的計量均須在準确計量重力加速度的基礎上進行，例如：在我國西藏自治區以外生産及校準過的力值和壓力元件，在西藏使用的時候，通常需要根據兩地的重力加速度值進行修正。

地球物理研究

研究對象包括河流、洋流、冰川、海洋、大氣和地球内部物質的變化及其影響，以及地球潮汐、地核振蕩和地磁場等。

應對自然災害

包括監測地殼變形，研究闆塊移動、地震、火山及氣候異常現象，并改進自然災害的預測方法等。

勘探地球資源

包括水資源、油氣資源和礦産資源等。

供稿：市計測院

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