重力与万有引力到底是什么关系?

作者: zyjedifier 分类: 未分类 发布时间: 2018-12-13 16:16 ė views 6 没有评论

我们在教学中经常会说“重力是万有引力的一个分力”,然而细细推敲这个观点,再结合产生这个观点的前因后果,或许我们能有不一样的看法。

先从重力的测量开始,

重力的测量我们说用的是二力平衡的方法,也就是当一个物体水平静止时,受到的向上的力的作用和重力是一对平衡力,这个向上的支持力或拉力就等于重力。这样的表述,在高中,还是有得推敲的,1:地表静止的物体就一定处于平衡状态?2:如果不以地表为参考系,以地心与遥远的恒星作为参照系,那地表的物体还受到的重力吗?

在问题1中,考虑到地球自转的话,地表是一个非惯性系,在非惯性系中受力分析需要加上惯性力(即自转离心力)。以地表二力平衡来定义和衡量重力与现有的世界观不符,也体现不了科学性。

在问题2中,以地心为参照时,物体受力分析应该只有万有引力和支持力,其合力提供物体随着地球自转的向心力。在这个参照系中,重力被万有引力所替代了,这也是重力是万有引力的一个分力的情景依据,但是这是思维等效的结果,不具备客观唯一性,比如我还可以这样定义重力,在地表非惯性系中,万有引力和惯性离心力的合力是重力,在这个角度下定义也完全是合理的。

由上面两个问题的辨析看来,重力和万有引力的关系问题比较复杂。需要确定看待问题的角度和背景。

再深入分析重力概念发展的几个阶段

1:地心说、地球绝对静止。在这个语境里,地表的物体总是受到竖直向下的重力,重力大小和其质量成正比。

2:日心说、地球在转动。地表的重力加速度随着维度不同有微小变化。(惠更斯在发明了单摆之后得出的结论,这个结论)

3:万有引力理论。苹果落地和月亮绕地球转都是因为地球的吸引力导致的。(因此在英文中重力和引力都用“gravity”这个单词)

可见人们对重力的认识是逐渐深入的,甚至近代广义相对论中,爱因斯唐用时空弯曲替代了引力理论。

关于重力和万有引力的关系,更确切的说是一个概念升阶的过程。重力是原始概念,引力是重力的进阶。

我们可以这样说重力和引力的关系:地球对物体的引力我们一般也称为重力,而平时我们用测力装置测得的重力其实是“视重”,“视重”会受到物体的运动状态影响而变化,所以视重并不是重力本身,大小也不严格等于重力,除非能严格保证物体平衡,甚至物体都不随着地球转动,这显然是很难达到的。

附:后续有看了一些文献,发现重力的概念还真是个复杂问题,现有的定义“由于地球吸引而产生的力的作用”显得很狡黠。赵凯华老先生有一段精彩描述“重力原指地表物体所受的地心引力.但地球的自传还要给物体一个离心力(约占1/200),包括离心力影响的重力成为ie“表观重力”,简称“重力””。“我国人长期受到的教育,凡事只能一分为二,没有中间道路,是非标准是黑白性的,殊不知物理名词的含义与历史沿革和语境有关,是发展的,是可以变通的,往往没有唯一绝对正确的”。“表观重力”这个概念诚然阐释了这个问题的根本原因,我们所讨论的“重力”含义是在地表观测的,并不是原始“重力”概念本身。读完豁然。

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