萬有引力與重力、重力加速度的關係

2020-12-03 高中物理知識

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1666年夏末一個溫暖的傍晚,在英格蘭林肯郡烏爾斯索普,一個腋下夾著一本書的年輕人走進他母親家的花園裡,坐在一顆樹下,開始埋頭讀他的書.當他翻動書頁時,他頭頂的樹枝中有樣東西晃動起來,一隻歷史上最著名的蘋果落了下來,打在23歲的伊薩克·牛頓的頭上.恰巧在那天,牛頓正苦苦思索著一個問題:是什麼力量使月球保持在環繞地球運行的軌道上,以及使行星保持在其環繞太陽運行的軌道上?為什麼這隻打中他腦袋的蘋果會墜落到地上?(如下圖所示)正是從思考這一問題開始,他找到了這些問題的答案——萬有引力定律,經典力學的基石來了。

1.地球上物體的重力是由於地球的吸引而產生的,它並不等於萬有引力.這是因為地球上的物體要隨地球自轉而做勻速圓周運動,設運動半徑r是物體到地軸的距離,所需向心力大小為

方向垂直指向地軸.物體隨地球的自轉所需的向心力是由地球對物體的引力的一個分力提供的,引力的另一個分力才是通常所說的物體受到的重力.

2.地球上物體的重力會隨緯度變化而變化.這裡的原因有兩個:一個是由於在不同緯度上物體隨地球自轉時的運動半徑不同,因而所需的向心力有所不同;另一個是由於地球並不是一個理想的球體,從精確的測量可知,地球是一個極半徑比赤道半徑略小的橢球體,因而物體位於不同緯度上,地球對它的引力也就有所不同.所以隨著緯度的增加,地球對物體的引力逐漸增大,物體隨地球自轉所需向心力逐漸減小,物體的重力逐漸增大.實際上,物體隨地球自轉所需的向心力最大也不過是地球對它引力的千分之幾,所以在一般情況下,重力和重力加速度隨緯度變化可忽略不計.

在地球表面,質量為m的物體的重力

而隨著高度的增加,離地高度為h的地方,地球對物體m的萬有引力變為

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