重力----物體由於地球的吸引而受到的力叫重力。物體受到的重力大小跟物體的質量成正比。公式為G=mg
重力加速度---是一個物體受重力作用的情況下所具有的加速度也叫自由落體加速度用g表示。
重力與重力加速度是兩個相關聯的物理關係。本文只針對地球內部重力加速度問題的探索,不涉及其他物理現象。
引力理論認為:從地表到地心即地球半徑的重力加速度g是一個遞減的過程,到達地心處重力加速度g趨於零,這是根據質量產生引力的原理,質量越小產生的引力越小,在密度不變從地表到地心,半徑越小質量相應減小,因此重力加速度也隨之減小。
那麼這個觀點成立嗎?
本文針對這個觀點是否成立給予論證,以下為四例物理試題:
設地球半徑6400千米,重力加速度g=9.8米/秒2。
1、一個密度與地球密度相同而半徑是地球1/2半徑的行星(半徑3200千米)求其重力加速度
2、一個半徑為地球1/2半徑的行星(半徑3200千米)其重力加速度為4.9米/秒2,求距行星球心6400千米處的重力加速度
3、求地球1/2半徑的重力加速度
4、求地球1/2半徑對地球表面的重力加速度。
試題1
一個密度與地球密度相同半徑是地球半徑1/2的行星(半徑是3200千米),求其重力加速度。
答:利用公式或萬有引力近似等於重力得GMm/R2=mg
GM=R2g
M=密度×體積=4/3PπR3
G4/3pπR3=R2 g
得G4/3pπR=g
所以g=R成正比關係因此當R變為1/2時,g也變為1/2,得行星的重力加速度為g/2=4.9米/秒2
2、一個密度與地球密度相同的行星,其半徑3200千米為地球半徑的1/2重力加速度g=4.9米/秒2,求距行星球心6400千米高度上的重力加速度
答:根據萬有引力定律,距離增加一倍引力減小四倍,萬有引力近似等於重力,得高度6400千米的重力加速度為1.225米/秒2
3、設地球重力加速g=9.8米/秒2,求地球內部1/2半徑的重力加速度,經查閱相關資料,此題的算法同題1
R與g成正 R=g 得地球1/2半徑的重力加速度為g/2=4.9米/秒2
4、在以上基礎上提出一個問題求地球內部1/2半徑對地表面的重力加速度
答:地球半徑的重力加速度為g=9.8米/秒2
現在將地球半徑一分為二,上1/2半徑與下1/2半徑,那麼下1/2半徑對地球表面的重力加速度是多少?
地球1/2半徑對地表的重力加速度是要跨躍地球上1/2半徑的距離,因此距離增加一倍,引力減小四倍,重力加速同樣減小四倍,得:地球內部1/2半徑對地表的重力加速度為1.225米/秒2,這樣就引出一個新的問題,重力加速度的還原問題,我們都知道地表的重力加速度為9.8米/秒2
地球下R/2半徑對地表的重力加速度為1.225米/秒2,如果上R/2半徑對地表的重力加速度為4.9米/秒2,那麼二者相加為6.125米/秒2,這於地表上的重力加速度原值9.8米/秒2不符。減小了3.675米/秒2,減小的這部分重力加速度哪去了呢?為什麼重力加速度拆開後無法還原了呢?
分析:題1題2對一個密度與地球密度相同而半徑是地球半徑1/2的行星的重力加速度的推算是正確的,並且同實際相符合的。那麼為什麼題3題4對地球內部1/2半徑重力加速度的推算會得出一個與現實不相符的結果呢?
經研究,地球內部1/2半徑的重力加速度,無論取何數值均無法還原,那麼為什麼地球的半徑可以拆開而且可以還原R/2+R/2=R,而重力加速g是不可以拆的,在這裡可以得出一個觀點:地球內部重力加速度是不能被拆開計算的,但地球內部的重力加速度不可能是個未知數。
因此引力理論有缺陷,解決這個問題必須重新認識引力理論。