有
重力
由于地球的吸引而產(chǎn)生而產(chǎn)生的力,叫做重力.方向豎直向下.物體受到重力大小G跟物體的質(zhì)量m成正比,用關(guān)系式G=mg表示.通常在地球表面附近,g取值為9.8牛每千克,表示質(zhì)量是1千克的物體受到的重力是9.8牛.
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(rèn)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(zhì)量分布有關(guān).
重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力.由于地球本身的自轉(zhuǎn),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,這個向心力只能由地球?qū)ξ矬w的引力來提供,我們可以把地球?qū)ξ矬w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(圖示)其中F1=mw2r(w為地球自轉(zhuǎn)角速度,r為物體旋轉(zhuǎn)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(qū)為最大F1max.因物體的向心力是很小的,所以在一般情況下,可以認(rèn)為物體的重力大小就是萬有引力的大小,即在一般情況下可以略去地球轉(zhuǎn)動的效果.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(zhuǎn)的向心加速度.
重力大小可以用測力計測量,物體對測力計的拉力或壓力的大小就是重力的大小.
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(qū),物體的重力要比周圍地區(qū)稍大些,利用重力的差異可以探礦,這種方法叫重力探礦.
重力是力學(xué)中最重要、最基本的概念之一.但是,國內(nèi)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:“地球?qū)ξ矬w的引力稱重力”.“重力就是由于地球吸引而使物體受到的力”.
第二類定義:“地球?qū)ζ涓浇矬w吸引的力是重力”.“地球?qū)Φ厍虮砻娓浇矬w的引力稱重力”.
第三類定義:“質(zhì)點以線懸掛并相對于地球靜止時,質(zhì)點所受重力的方向沿懸線且豎直向下,其大小在數(shù)值上等于質(zhì)點對懸線的拉力”.“實際上,重力就是懸線對質(zhì)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(chǎn)生此重力加速度的力稱為重力”.
第一類定義很明確,重力就是指地球?qū)ξ矬w的萬有引力.重力即是力,就是矢量,其方向就是地球?qū)ξ矬w引力的方向,即指向地球中心.按這類定義,重力就成了引力的同義詞.其實,這類定義只有在不考慮地球自轉(zhuǎn)所引起的效果時才有意義.
第二類定義的共同特點是有“表面”、“附近”此類限制性詞.這些“表面”、“附近”表達著怎樣的意思呢?如只是一個區(qū)域性概念的話,那就是說只有地球表面附近的引力才稱重力,除此以外,就只稱引力,不再稱重力了;另外,到底距地球表面多遠(yuǎn)才不算“表面”、“附近”呢?可見,第二類重力定義給讀者的概念是模糊的、不確切的.
第三類定義分別從靜力學(xué)形式和動力學(xué)形式給出了重力的“操作性定義”,并暗示了重力不是純地球引力,而是把地球自轉(zhuǎn)影響考慮在內(nèi)的地球引力和物體隨地球繞地軸轉(zhuǎn)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(zhì),即“地球引力”這一本質(zhì)因素.
綜上所述,以上三類關(guān)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(zhuǎn)動的物體,所表現(xiàn)出的、所受地球的引力,稱物體的重力.”根據(jù)這種定義,重力概念的內(nèi)涵有:
(1)重力的本質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動所需向心力的矢量差.
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