万有引力与重力

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1、万有引力与重力【摘要】地球对物体的引力是物体具有重力的根本原因。但重力又不完全等于引力，这是因为地球在不停地自转，地球上的一切物体都随着地球自转而绕地轴做匀速圆周运动，这就需要向心力，向心力来自哪里？只能来自地球对物体的万有引力，它是万有引力的一个分力，另一个分力是物体的重力。本文通过讨论万有引力和重力的特点，说明了万有引力与重力的区别和联系。　　【关键词】万有引力重力向心力　　【】O314【】A【】1674－4810（2011）23－0144－02　　　　牛顿看到苹果落地发现了万有引力，这只是一种传说。但是，牛顿经过长期观察

2、研究，产生如下假想：太阳、行星以及离我们很远的恒星，不管彼此相距多远，都是互相吸引着，其引力随距离的增大而减小，地球和其他行星绕太阳转，就是靠这样的引力维持。同样，地球不仅吸引地面上和表面附近的物体，而且也可以吸引很远的物体（如月亮），其引力也是随距离的增大而减弱。牛顿进一步猜想，宇宙间任何物体间都存在吸引力，这些力具有相同的本质，遵循同样的力学规律，其大小都与两者间距离的平方成反比，这就是万有引力定律。　　万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来，对以后物理学和

3、天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。　　地球对物体的引力是物体具有重力的根本原因，但重力又不完全等于引力，这是因为地球在不停地自转，地球上的一切物体都随着地球自转而绕地轴做匀速圆周运动，这就需要向心力。那么，万有引力、重力、物体绕地球转动的向心力三者之间有什么关系呢？　　一万有引力　　牛顿经过进一步的研究，证实了关于地球和物体间、各天体之间的引力都属于同一种性质力，都遵循同样的力学规律的假想是正确的。牛顿把这种引力规律做了合理的推广，于1687年在《自然哲学

4、的数学原理》上发表了万有引力定律。其核心内容是：任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引，该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。其数学表达式为：　　万有引力定律揭示了天体运动的规律，在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法，可以只凭少数观测资料，就能算出按周期运行的天体运动轨道。科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现，都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式，开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直

5、接测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律，成功地解释了地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动，推翻了古代人类认为的神之引力。　　牛顿在推出万有引力定律的同时，并没能得出引力常量G的具体值。G的数值于1789年由卡文迪许利用他所发明的扭秤得出。卡文迪许的扭秤试验，不仅以实践证明了万有引力定律，同时也让此定律有了更广泛的使用价值。　　1798年，即在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，英国物理学家卡文迪许，巧妙地利用扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量。　　

6、卡文迪许扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T形架，倒挂在一根金属丝的下端，T形架水平部分的两端各装一个质量是m的小球，T形架的竖直部分装一面小平面镜M，它能把射来的光线反射到刻度尺上，这样就能比较精确地测量金属丝的扭转。　　实验时，把两个质量都是m'的大球放在图1所示的位置，它们与小球的距离相等。由于m受到m'的吸引，T形架受到力矩作用而转动，使金属丝发生扭转，产生相反的扭转力矩，阻碍T形架转动。当这两个力矩平衡时，T形架停下来不动。这时金属丝扭转的角度可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移动的距离求出，再根据金属丝的扭转力矩跟扭转角

7、度的关系，就可以算出这时的扭转力矩，进而求得m与m'的引力F。卡文迪许经过多次实验，证明牛顿的万有引力定律是正确的，并测出了引力常量。卡文迪许测出的G＝6.7×10－11Nm2/kg2，与现在的公认值6.67×10－11Nm2/kg2极为接近。　　二重力　　由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。重力的方向总是竖直向下，但不一定是指向地心的（只有在赤道和两极指向地心）。地面上同一点处物体受到重力的大小与物体的质量m成正比，同样，当m一定时，物体所受重力的大小与重力加速度g成正比，用关系式G＝mg表示。通常在地球表面附近，g值

8、约为9.8牛每千克。物体的各个部分都受重力的作用。但是，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的等效作用点，叫做物体的重心。　　三万有引力和重力的关系　　重力并不等于地球对物体的万有引力，由于地球本身的自转，除了两极以外，地面上其他地点的物体