《太空生活趣事多》重力

《太空生活趣事多》重力基本概念及成因由于地球的吸引而產(chǎn)生的力，叫做重力。方向豎直向下。地面上同一點(diǎn)處物體受到重力的大小跟物體的質(zhì)量m成正比，用關(guān)系式G=mg表示。通常在地球表面附近，g取值為牛每千克，表示質(zhì)量是1千克的物體受到的重力是牛。物體的各個(gè)部分都受重力的作用。但是，從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用都集中于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是重力的作用點(diǎn)，叫做物體的重心。重心的位置與物體的幾何形狀及質(zhì)量分布有關(guān)。形狀規(guī)則，質(zhì)量分布均勻的物體，其重心在它的幾何中心。重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力。由于地球本身的自轉(zhuǎn)，除了兩極以外，地面上其他地點(diǎn)的物體，都隨著地球一起，圍繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這就需要有垂直指向地軸的向心力，這個(gè)向心力只能由地球?qū)ξ矬w的引力來提供，我們可以把地球?qū)ξ矬w的引力分解為兩個(gè)分力，一個(gè)分力F1，方向指向地軸，大小等于物體繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力；另一個(gè)分力G就是物體所受的重力，其中F1=mw2r（w為地球自轉(zhuǎn)角速度，r為物體旋轉(zhuǎn)半徑），可見F1的大小在兩極為零，隨緯度減少而增加，在赤道地區(qū)為最大F1max。因物體的向心力是很小的，所以在一般情況下，可以近似認(rèn)為物體的重力大小等于萬有引力的大小，即在一般情況下可以略去地球轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。其中引力的重力分量提供重力加速度，引力的向心力分量提供保持隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度。重力大小可以用測力計(jì)測量，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體對測力計(jì)的拉力或壓力的大小等于重力的大小。附加解釋：重力的大小除可用萬有引力大小計(jì)算以外，還可以由牛頓第二定律F=ma計(jì)算，這時(shí)重力可以寫成：G=mg。重力是矢量，它的方向總是豎直向下的。重力的作用點(diǎn)在物體的重心上。此外，有密度較大的礦石附近地區(qū)，物體的重力要比周圍地區(qū)稍大些，利用重力的差異可以探礦，這種方法叫重力探礦。重力的定義重力是力學(xué)中最重要、最基本的概念之一。但是，國內(nèi)外各種課本及參考書對重力概念的定義不盡一致，目前對重力的定義大致有以下三類。第一類定義：“地球?qū)ξ矬w的引力稱重力”?！爸亓褪怯捎诘厍蛭刮矬w受到的力”。第一類定義很明確，重力就是指地球?qū)ξ矬w的萬有引力。重力即是力，就是矢量，其方向就是地球?qū)ξ矬w引力的方向，即指向地球中心。按這類定義，重力就成了引力的同義詞。其實(shí)，這類定義只有在不考慮地球自轉(zhuǎn)所引起的效果時(shí)才有意義。第二類定義：“地球?qū)ζ涓浇矬w吸引的力是重力”。“地球?qū)Φ厍虮砻娓浇矬w的引力稱重力”。第二類定義的共同特點(diǎn)是有“表面”、“附近”此類限制性詞。這些“表面”、“附近”表達(dá)著怎樣的意思呢？如只是一個(gè)區(qū)域性概念的話，那就是說只有地球表面附近的引力才稱重力，除此以外，就只稱引力，不再稱重力了；另外，到底距地球表面多遠(yuǎn)才不算“表面”、“附近”呢？可見，第二類重力定義給讀者的概念是模糊的、不確切的。第三類定義：“質(zhì)點(diǎn)以線懸掛并相對于地球靜止時(shí)，質(zhì)點(diǎn)所受重力的方向沿懸線且豎直向下，其大小在數(shù)值上等于質(zhì)點(diǎn)對懸線的拉力”?！皩?shí)際上，重力就是懸線對質(zhì)點(diǎn)拉力的平衡力”?！拔矬w在地球表面附近自由下落時(shí)，有一豎直方向的重力加速度g，產(chǎn)生此重力加速度的力稱為重力”。第三類定義分別從靜力學(xué)形式和動(dòng)力學(xué)形式給出了重力的“操作性定義”，并暗示了重力不是純地球引力，而是把地球自轉(zhuǎn)影響考慮在內(nèi)的地球引力和物體隨地球繞地軸轉(zhuǎn)動(dòng)所受的向心力之差。這類定義美中不足的是未能明確表達(dá)出重力的主要本質(zhì)，即“地球引力”這一本質(zhì)因素。綜上所述，以上三類關(guān)于重力的定義都不夠確切。重力的比較確切的定義是：“隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，所表現(xiàn)出的、所受地球的引力，稱物體的重力?！备鶕?jù)這種定義，重力概念的內(nèi)涵有：（1）重力的本質(zhì)來源是地球的引