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引力-引力究竟是什么

时间:2020-11-11 12:46:43

  跌落的苹果
  引力就在我们周围,它可以使苹果掉到地上:

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  引力持续对苹果施力,苹果速度越来越快 …… 就是说,苹果在加速。

  不理空气阻力,苹果的速度每秒增加9.8米每秒。我们把两个 "每秒" 写成;

9.8米/秒2(m/s2

  9.8米/秒2是地球表面附近的引力加速度(也称重力加速度)。我们生活在地球表面附近,所以时常会用到这个数值,它的符号是小写英语字母 g

g = 9.8米/秒2

  g 的平均值是 9.80665米/秒2,但实际值在世上各地稍微不同,例如在加尔各答是 9.78548,在伦敦是 9.81599,在东京市 9.79805。人们通常都用 9.8米/秒2

  在有引力的地方拿着苹果需要用

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  力是质量乘以加速度(F = ma)。在这个例子里,加速度是 gF = mg

 例子:拿起 0.1千克重的苹果需要的力是多少?

F = mg

F = 0.1千克 × 9.8米/秒2

F = 0.98千克米/秒2

  力的单位是牛顿(N),也酒是千克米/秒2

F = 0.98牛顿

  所以需要大约 1牛顿的力来拿起苹果。

  我们也说:"苹果的重量是 0.98牛顿。

  将以千克为单位的质量转换成以牛顿为单位的力,乘以 by 9.8米/秒2

  另一个例子:

  例子:100千克重的钢梁放在两个支座的正中间。每个支座承受的力是多少?

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  梁向下施加的力(源自引力)是:

F = mg

F = 100千克 × 9.8米/秒2 = 980牛顿

  梁放在两个支座的正中间,所以每个支座承受一半的重量(980/2=490):

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  但是,引力究竟是什么?
  现在你知道地球表面的引力有多大了(把质量乘以 9.8 米/秒2来得到力的大小),但是,引力究竟是什么?

  根据爱恩斯坦的广义相对论,质量和能量把空间弯曲(或变形),所以物体自然地互相接近。

20201111123636.png

  这个物体跟随时空自然接近地球,结果是物体互相吸引,我们叫这现象做引力。

  引力:有质量或能量的物体互相吸引。

  这吸引表现为一个力。物体相隔越远,引力便越小,物体质量越大(像太阳),引力便越大想象两个球:

20201111123758.png

  每个球是由很多细小的质量和能量互相吸引做成的:

20201111123834.png

(实际上需要很多粒子!)

  通常我们可以简单地想象每个球的质量和能量都在球的中心,这个中心叫重心。

20201111123923.png

(但记住这只不过是用来简化计算的假设。)

  牛顿发现了这吸引力的公式:

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  两个物体都一样
  G 是万有引力常数,大约等于 6.674×10-11牛顿米2/千克2
  m1 和 m2 是两个质量(千克)
  d 是两个质量中心之间的距离(米)

  例子:两辆汽车,重量为 800千克和 1500千克,相隔 3米,

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  汽车之间的引力是:

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  它们只稍微互相吸引(九百万分之一牛顿)!

  例子:苹果与地球

  苹果的质量是 0.1千克

  地球的质量是 5.972×1024千克,苹果中心地球中心的距离是 6371千米(6.371×106米)

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(和上面的结果一样!)

  互相吸引
  苹果也在吸引地球!

  可是,地球的质量比苹果大很多,所以地球不受到大的影响。

  我们算算苹果及地球的加速度:

  例子(续):已知引力是 0.98牛顿,苹果及地球的加速度是多少?
  苹果:

    F = ma
已知 F 是 0.98牛顿,m 是 0.1千克   0.98牛顿 = 0.1千克 a
每边除以 0.1千克   0.98牛顿 / 0.1千克 = a
换边   a = 0.98牛顿 / 0.1千克
答案:   a = 9.8米/秒2

  这就是常见的引力加速度 "g"。地球:

    F = ma
F 是 0.98牛顿,m 是5.972×1024千克   0.98牛顿 = 5.972×1024千克 a
每边出于 5.972×1024千克   0.98牛顿 / 5.972×1024千克 = a
换边   a = 0.98牛顿 / 5.972×1024千克
答案:   a = 1.64×10-25 米/秒2

  这是极小的加速度,怪不得我们看不到地球向苹果移动了!

  但大的物体,例如月球(质量为 7.342×1022千克)对地球的影响是可以察觉到的。

  月球以每 27.3天一周的速度环绕着地球运行

  地球也有环绕着月球运行(像摆动)的 "轨道",大小大约是 5000千米(略小于地球的半径),速度也是每 27.3天一周。

  轮到你了:求两个 0.1千克重,相隔 1米的苹果之间的引力

  来玩玩!
  去和引力自由玩耍。

  总括
  质量和能量使空间弯曲,导致物体互相接近
  这互相吸引叫引力
  这互相吸引使物体向彼此加速
  加速度有相对的力(F=ma)
  在地球表面附近的引力加速度是 9.8米/秒2
  所以1千克的质量承受 9.8牛顿的地心引力

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点这里查看与之相关的计算

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