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地球表面的重力加速度被表示為符號g,近似地等於 9.8 m/s2(米每秒的平方)或 32 英尺每秒的平方。這表示,當忽略空氣阻力時,物件在地球表面上自由下跌的加速度為 9.8 m/s(即約22mph)。 換言之,一半空的靜止物件在一秒後的速度為9.8 m/s,兩秒後為19.6 m/s,如此類推。地球本身也受到下落物體的等值的吸引力,也就是說地球朝著下落物體加速移動,但是因為地球本身質量遠大於下落物質量,所以地球的加速度相對來說非常小。
非重力加速度和重力加速度有相似的單位。非重力加速度通常用於加速物體上如飛機或是賽車,常以g的倍數來表示。用於重力單位時,g常被誤認為重量單位毫克g。
準確的重力加速度值依地球上不同地點而異。在地球上標準重力加速度定義為9.80665 m/s2。這個值常被表示為 gn、ge (但這兩個符號有時也表示地球赤道的重力加速度值, 9.78033 m/s²)、 g0、gee,或g (此符號有時表示區域重力加速度)。重力加速度的單位是和每秒平方反比或是使用cgs制中的重力梯度單位eotvoses。
當要精確測量 g,重力的真實強度與外觀強度之間的分別變得重要。
[編輯] 比較地球、太陽、月球及其他星球的引力
下表列出以地球作為引力標準,各太陽系行星的引力比例
太陽 27.9
水星 0.37
金星 0.88
地球 1.00 (定義為標準)
月球 0.16
火星 0.38
木星 2.64
土星 1.15
天王星 0.93
海王星 1.22
冥王星 0.06
重力和萬有引力
[編輯] 重力的量與單位
重量的符號是W,公式為W=mg。這裡m表示物體的質量,g表示物體所在點的重力加速度。
由上面公式中得出m=,代入牛頓第二運動定律F=ma,故F=。
單就兩質點的運動系統而言,重力必在兩質點連心線上,大小相等而方向相反。
承上,如為兩質點或以上之運動系統,當單一質點之質量趨近於無限大時,另外各質點之法線加速度均指向於趨近於無限大之質點。
重力的絕對單位有牛頓(N)或是達因(cgs),在MKS制中的1公斤重=9.8()。另外CGS制中,1克重=980。
重力是天體(如地球)對相對微小物體(如皮球)的重力。
重力特指地球對物體的重力(這裡不包括因物體受到的向心力而耗損的那部分重力)。
另外,在某些文獻中,萬有引力(gravitation)在本質上也不等於重力(gravity)。萬有引力所描述的現象並不依賴於其他特殊的原因。一些理論認為有可能萬有引力的存在不取決於力的作用;依照於廣義相對論,這的確是正確的。普遍上「重力」和「萬有引力」可以互換使用,或者以「重力」特別代表地球產生的吸重力,用「萬有引力」代表普遍意義上的物質間的相互吸重力。在專業使用上,「萬有引力」是指物體加速靠近另一個物體的趨勢,「重力」則是某些理論用於解釋導致這種加速行為的「力」。
萬有引力理論的歷史
主條目:萬有引力理論的歷史
在古代和中世紀,萬有引力被認為是位置的一種性質,而不是物質的性質。
從公元前4世紀的希臘哲學家亞里士多德起,歷史上對萬有引力就有著眾多的猜想或解釋。亞里士多德認為沒有起因就沒有結果,因此沒有力的作用的運動是不存在的。他推斷在水晶球模型中,所有物體都有朝它們正確的位置靠近的趨勢,並且物體按他們自身的重量的比例向地球的中心墜落。在公元628年,印度天文學家婆羅摩笈多(Brahmagupta)首先認識到重力是一種吸重力的作用。他解釋說:「物體向地球墜落是因為地球對物體自然地吸引,就如同水自然地流動一般」。他用了一個梵語術語「gruhtvaakarshan」代表重力,在發音上,與英語中的「gravity」相像,並且都表示同一個意思「吸重力」。婆羅摩笈多亦堅持阿里亞哈塔(Aryabhata)於公元499年提出的以萬有引力維持的太陽為中心的太陽系觀點。因此,他理解到了太陽和地球之間存在著一種吸重力的作用。
從17世紀起,科學家把萬有引力看作是物質的一個屬性。一個物體吸引另一個物體的力量大小,視物體所含物質的多少和隔開它們的距離而定,這種力量是交互作用的。哥白尼認為萬有引力是物質集聚的一種方式,萬有引力的中心是一個幾何性質的點。
1600年威廉·吉爾伯特提出磁力可能是維持太陽系存在的原理。他設想萬有引力就是地球這塊龐大磁石作用於周圍物體的磁力,而且遍及整個太陽系,成為宇宙的外膜。吉爾伯特證明,磁石對一塊鐵的吸力大小視磁石的大小而定,磁石越大,對鐵塊的吸力也越大。而且吸引是互相作用的,磁石吸鐵,鐵也同樣吸引磁石。他的研究為近代重力觀念提供了一個模型。萬有引力的中心並不是什麼幾何點,而是具體的一堆物質,它的力量隨著物質數量的增加而增加。
開普勒發展了吉爾伯特的萬有引力觀念,他假定萬有引力是和磁力類似的東西,是同性物體之間的一種相互感應,這種力視物體的大小而定。
在這些基礎上,英國數學家艾薩克·牛頓爵士於1687年發表了著名的《原理》一書,第一次假定了萬有引力定律。他寫道:「我推斷這種使行星圍繞既定軌道運動的力一定與它們與繞軸轉動中心的距離平方成反比;而依此將使月球圍繞她的軌道運動的力與地表的重力進行比較之後,發現它們的結果是如此的接近。」絕大多數現代非相對論性萬有引力的計算都賴以牛頓當年的工作。
[編輯] 牛頓萬有引力定律
主條目:牛頓萬有引力定律
在1687年,牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中發表了萬有引力定律。牛頓的萬有引力定律的陳述如下:
宇宙中每個質點都以一種力吸引其他各個質點。這種力與各質點的質量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。
every particle in the universe attracts every other particle with a force that is directly proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance between them.
如果這些質點具有質量m1、m2,並且在它們之間具有距離r(它們質心的連線長度),它們之間以萬有引力交互作用的量值如下:
G是被稱為萬有引力常數(重力常數)的普遍常數。
注:只有當兩個物體之間的距離遠大於物體的幾何尺寸時,物體可以近似看作質點,這個公式才是適用的。否則應當把物體分割為足夠小的質點,兩兩之間計算重力,而後進行積分。
[編輯] 愛因斯坦萬有引力理論
主條目:愛因斯坦萬有引力理論
重力源附近扭曲的時空牛頓的萬有引力的概念和量化一直持續到了20世紀初,直到相對論證明其在超距作用上的觀點站不住腳後。德國的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在廣義相對論中對萬有引力進行了全新的解釋。愛因斯坦認為:物質對四元時空的扭曲,產生了牛頓以某些吸重力為原因解釋的所謂天體按照測量出的彎曲軌道運行的宇宙。
[編輯] 重力的速度
對於重力的速度基本有三種理論:
牛頓的超距作用觀點,認為重力的傳遞不需要時間(速度無限大)
愛因斯坦認為重力傳播的速度就是真空中的光速
重力是超光速的某值
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地心重力
主條目:地心重力
各個行星天體,包括地球,都具有其自身的萬有引力特性,特別是在水平面上所測量出的萬有引力特性。地球表面的重力加速度被表示為g,近似地等於 9.81 m/s2 或者 32.2 ft/S2。這表明,如果忽視空氣阻力的影響,在地表附近正在自由落體的物體速度每秒將增加 9.81 M/S(大約22mph)。因此,一個從靜止開始下落的物體在一秒後的速度將達到 m/s,第二秒將達到 19.62 m/s,以後的情況也將依此類推。地球同時也受到下落的物體等值反向的力的作用,意味著地球也將加速向物體運動。但是,由於地球巨大的質量,這個加速度小到難以察覺。
萬有引力和天文學
主條目:萬有引力 (天文學)
牛頓的萬有引力定律的發現和應用被用於計算和了解我們的太陽系內各個行星的詳細資訊、太陽的質量、恆星間的距離,甚至被用於推測暗物質理論。儘管人類還沒有去過太陽和其他星球,我們都可以知道它們的質量。這些都是通過萬有引力定律研究得出的。在空間中任何物體都按照一定的軌道圍繞某些大質量物體運轉,它們之間的萬有引力保持著它們的軌道。行星圍繞恆星運轉,恆星圍繞星系中心運轉,星系圍繞星團中心運轉,星團圍繞超星系團運轉。
參見條目
人造重力
逃逸速度
廣義相對論
重力波
重力結合能
重力研究基金會
重力和分離定理
開普勒行星運動第三定律
牛頓運動定律
牛頓n-體問題
先鋒號太空船異常現象
純量重力
標準重力參數
重量
失重狀態
重力