重力 -物理術語

重力

物理術語
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物體由于地球的吸引而受到的力叫重力。重力的施力物體是地心。重力的方向總是豎直向下。物體受到的重力的大小跟物體的質量成正比,計算公式是:G=mg,g為比例系數,重力大小約為9.8N/kg,重力隨著緯度大小改變而改變,表示質量為1kg的物體受到的重力為9.8N。重力作用在物體上的作用點叫重心。

  • 中文名稱
    重力
  • 外文名稱
    gravity
  • 表達式
    G=mg
  • 提出者
    艾薩克·牛頓 
  • 提出時間
    1687年
  • 套用學科
    物理、天文

​基本介紹

施力物體:地球。

重力

受力物體:地面附近的物體。

在物理學上,萬有引力是指具物體之間加速靠近的趨勢。萬有引力是自然界的四大基本相互作用之一,另外三種相互作用分別是電磁相互作用弱相互作用強相互作用。萬有引力是上述相互作用中作用力最微弱的,但是在超距上萬有引力仍然具有較大吸引力的作用。在經典力學中,萬有引力被認為因引力場發生作用。在廣義相對論上,萬有引力來源于存在質量對時空的扭曲,而不是引力場的作用。在量子引力中,引力微子被假定為重力的傳送媒介。前不久一項實驗推翻了引力場存在的猜測。

地球的吸引作用使附近的物體向地面下落。萬有引力是太陽系等星系存在的原因;沒有萬有引力天體將無法相互吸引形成天體系統。萬有引力同時也使地球和其他天體按照它們自身的軌道圍繞太陽運轉,月球[ Clark, John, O.E.(2004).The Essential Dictionary of Science.Barnes & Noble Books.ISBN 0760746168.]按照自身的軌道圍繞地球運轉,形成潮汐,以及其他我們所觀察到的各種各樣的自然現象。

概念成因

由于地球的吸引而使物體受到的阻力,叫做重力。方向總是豎直向下,但不一定是指向地心的(隻有在赤道和兩極指向地心)。地面上同一點處物體受到重力的大小跟物體的質量m成正比,同樣,當m一定時,物體所受重力的大小與重力加速度g成正比,用關系式G=mg可以表示。通常在地球表面附近,g值約為9.8牛每千克,表示質量是1千克的物體受到的重力是9.8牛。(9.8牛是一個平均值;在赤道上g最小,g=9.79N/kg;在兩極上g最大,g=9.83N/kg。牛是力的單位,字母表示為N,1N大約是拿起兩個雞蛋的力)

物體的各個部分都受重力的作用。但是,從效果上看,我們可以認為各部分受到的重力作用都集中于一點,這個點就是重力的等效作用點,叫做物體的重心。重心的位置與物體的幾何形狀及質量分布有關。形狀規則,質量分布均勻的物體,其重心在它的幾何中心,但是重心的位置不一定在物體之上。

重力並不等于地球對物體的引力。由于地球本身的自轉,除了兩極以外,地面上其他地點的物體,都隨著地球一起,圍繞地軸做近似勻速圓周運動,這就需要有垂直指向地軸的向心力,這個向心力隻能由地球對物體的引力來提供,我們可以把地球對物體的引力分解為兩個分力,一個分力F1,方向指向地軸,大小等于物體繞地軸做近似勻速圓周運動所需的向心力;另一個分力G就是物體所受的重力其中F1=mrw^2(w為地球自轉角速度,r為物體旋轉半徑),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動的影響。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的向心加速度

重力大小可以用測力計測量,靜止或勻速直線運動的物體對測力計的拉力或壓力的大小等于重力的大小。

解釋

重力的大小除可用萬有引力大小計算以外,還可以由牛頓第二定律F=ma計算,這時重力可以寫成:G=mg。重力是矢量,它的方向總是豎直向下的。重力的作用點在物體的重心上。此外,有密度較大的礦石附近地區,物體的重力要比周圍地區稍大些,利用重力的差異可以探礦,這種方法叫重力探礦。

重力

根據大量的實驗資料,可以得出,:物體所受的重力跟它的質量成正比。重力和質量的比值大約是9.8牛/千克。

由萬有引力定律可知,G(重力)=G(萬有引力常數,G≈6.67259×10^-11 米2/(千克·秒^2))*M(地球質量)*m(受力物體質量)/R(物體距地心距離)^2。

所以g(重力加速度)=G*M/R^2

關于公式:在物理學中,重力公式為G=mg。

其中,G表示重力,單位用牛頓(N)來表示,m表示質量,單位用千克(kg),g等于9.8牛/千克(9.8N/kg)

g值在粗略計算中可為10N/kg計算【因為物理學認為所有的測量都是有誤差的】且g值的大小隨著緯度的大小而變化。如:赤道的地球緯度為0°g值為9.780,北極的地球緯度90°,g值為9.832.而且g值與高度有關,海拔越高,g值越小,反之則越大。

重力與地面的接觸面積無關

另外,由重力與加速度的相關定義可知,重力與加速度的作用效果某些程度上是相同的。舉個簡單的例子:想象地球上有個電梯,現在電梯廂很高很高以致脫離了地心引力。有如下兩種情況,(1)突然在電梯廂下方施加方向為豎直向下的重力(2)電梯廂忽然作豎直向上的勻變速運動,可以想象這兩種情況下電梯廂內的物體的運動狀態會是一樣的——“啪”地一下摔在電梯廂底部。

​物理

重力是力學中最重要、最基本的概念之一。但是,國內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。

第一類定義很明確,重力就是指地球對物體的吸引力。重力即是力,就是矢量,其方向就是地球對物體引力的方向,即豎直指向地球中心。按這類定義,重力就成了引力的同義詞,但重力並不代表萬有引力。其實,這類定義隻有在不考慮地球自轉所引起的效果時才有意義。

重力

第二類定義:“質點以線懸掛並相對于地球靜止時,質點所受重力的方向沿懸線且豎直向下,其大小在數值上等于質點對懸線的拉力”。“實際上,重力就是懸線對質點拉力的平衡力”。“物體在地球表面附近自由下落時,有一豎直方向的重力加速度g,產生此重力加速度的力稱為重力”。

第三類定義分別從靜力學形式和動力學形式給出了重力的“操作性定義”,並暗示了重力不是純地球引力,而是把地球自轉影響考慮在內的地球引力和物體隨地球繞地軸轉動所受的向心力之差.這類定義美中不足的是未能明確表達出重力的主要本質,即“地球引力”這一本質因素.綜上所述,以上三類關于重力的定義都不夠確切.重力的比較確切的定義是:“隨地球一起轉動的物體,所表現出的、所受地球的引力,稱物體的重力。”根據這種定義,重力概念的內涵有:

重力

(1)重力的本質來源是地球的引力。

(2)重力是一個表觀的概念,是物體隨地球一起轉動時受到地球的引力。

(3)重力等于物體受地球的引力和隨地球繞軸轉動所需向心力的矢量差。

(4)重力的方向總是豎直向下的。(不是垂直向下)

(5)重力是由于地球的吸引產生的,但不能說重力就是地球的引力。

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重心介紹

重力在物體上的作用點叫做重心(center of gravity) 。地球對物體的重力,好像就是從這一點向下拉物體。若用其他物體來支持著重心,物體就能保持平衡

質地均勻、外形規則的物體的重心,在他的幾何中心上,例如粗細均勻的棒的重心在他的中點;球的重心在球心;方形薄板的重心在兩條對角線的交點。

但是,重心不一定在重物上。

物體的重心位置,質量均勻分布的物體(均勻物體),重心的位置隻跟物體的形狀有關。有規則形狀的物體,它的重心就在幾何中心上,例如,均勻細直棒的中心在棒的中點,均勻球體的重心在球心,均勻圓柱的重心在軸線的中點。不規則物體的重心,可以用懸掛法來確定。物體的重心,不一定在物體上。

質量分布不均勻的物體,重心的位置除跟物體的形狀有關外,還跟物體內質量的分布有關。載重汽車的重心隨著裝貨多少和裝載位置而變化,起重機的重心隨著提升物體的重量和高度而變化。

重心位置在工程上有相當重要的意義。例如起重機在工作時,重心位置不合適,就容易翻倒;高速旋轉的輪子,若重心不在轉軸上,就會引起激烈的振動。增大物體的支撐面,降低它的重心,有助于提高物體的穩定程度。

重心的影響因素

規則幾何物體∶重心在幾何中心上或幾何中心內

不規則幾何物體∶

a、物體形狀

b、質量的分布

此外,同一個物體重力的大小與所處的緯度有關。因為一切物體在地球上與地球一起運動,這個運動可以近似看成勻速圓周運動。物體作勻速圓周運動需要向心力,既一個繞地軸轉動的力。而緯度低的地方所需向心力大,緯度高的地方所需向心力小。

重力方向的套用

(1)重垂線:檢查物體是否與地球重力垂直。

(2)水準儀:檢查桌面或窗台是否水準。

(3)力的三要素:大小、方向、作用點。

(4)物體所受重力跟它的質量成正比,其比值是定值約等于9.8N/kg,在精確度要求不高的情況下可取值為10N/kg。

(5)重力的方向總是豎直向下的(註意是豎直,不是垂直)。    

與生活的關系

重力與人類生活的關系密切。人類很早就用重力來度量物體受力的大小。彈簧出現前,秤就是人類用來比較物體重量的工具;彈簧出現後,又使用彈簧秤來稱重量,同一物體的重力在地面附近的空間裏變化甚小,所以在日常生活中可視為常數,這就是把重力用作量力單位的方便之處。由于物體的重力幾乎不變,所以伽利略意識到重力加速度也是個常量。伽利略的研究為牛頓的研究奠定了基礎。牛頓在1687年發表萬有引力定律後,找到了重力的物理根源,從此人類對重力有了較正確的認識,牛頓是通過物體落地和月球不落地這兩種現象的對比而得到萬有引力概念的。通過萬有引力定律和牛頓運動定律,人類終于把力學基本理論以及物體的機械運動弄清楚。按牛頓的觀念,重力是一種超距力,牛頓把重力推廣到萬有引力,從而解釋了天體運動的開普勒定律,同時建立了工程上廣泛套用的經典力學。

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