地球的自转(旋转)及其表面的重力是怎样产生的?

bdqnwqk5个月前问题13

在自然太空中是没有重量的,只有相互间的磁引力的强弱而运动的规律而言!

关于自转,是行星形成时的惯性使然,如地球,太阳系形成初期,太阳系黄道面上充斥着大量岩石,后经过不断碰撞与抓捕(万有引力),地月的潮汐作用,其他行星的重力作用,地球逐渐形成今天的转速。

有证据表明,地球的转速并不是固定的,如上述作用影响,地球过去的转速可能比现在更快。目前地球的转速依然在减速,但减小的幅度非常小,人类感知是无法感知的,需要通过高精密仪器测出。

关于地球表面重力,万有引力,万有引力公式为mg=GMm/R^2,与二者质量成正比,与距离的二次幂成反比,即质量越大,引力越大,反之亦然,而距离越大,引力越小。

(g=9.8N/kg),即1kg的物体,所受重力为9.8牛顿(N)

万有引力是宇宙中最基本定律。

重力和引力的区别是什么?

重量、质量、重力、引力该如何区分?它们之间到底是什么关系?什么是超重和失重?”

这是一组纠缠不清的问题,也是让很多人头疼的问题;

这是一组中学时应该搞懂的、但是很多人一辈子也没搞懂的问题;

这就是我接下来要讲的问题。

码字码了好久,给自己加个原创标签吧!

一、“重量”指的是“重力”还是“质量”?质量是表示物质多少的物理量,单位是千克(kg);而力(重力就是一种力)是两个物体之间的相互作用,单位是牛顿(N)——它们量纲不同,是完全不同的物理量。“重量”是一个口语中的表达,那么,“重量”到底指的是“质量”还是“重力”呢?

先看一个生活中的场景

A:你多重?

B:我不告诉你!

A:告诉我好么?

B:好吧,我100斤多一点…

A:多了多大一点?

B:多了30斤,还问吗?

……

一笑之余,我们看看其中的问题:

A问B多重,到底是在问B的什么?B要回答自己的哪个“参数”?

当然,这里的“多重”,就是在问“重量”,这没有异议,但是这个“重量”指的是“重力”,还是“质量”呢?

从B的回答来看——100斤多一点——是回答了一个“质量”,因为“斤”是质量单位。2斤等于1公斤,也就是1千克。

但是,其实这里的“重量”,应该指的是“重力”,“你多重”是在问“你的重力是多少”。

所以,如果是两个物理学家,那么对话应该是这样的:

A:你的多重?

B:我多重?——我的质量是50千克,所以我的重力约等于质量乘以重力加速度(约等于10N/kg),是500牛。

A:哦,我不信。

B:为什么?

A:你哪有这么轻?

B:我只是用斤做单位,然后保留一位有效数字罢了。

……

回到正题,结论:

重量指的是重力,而非质量。

二、“重力”和“引力”是什么?先说引力:

引力是万有引力的简称,传说中牛顿因为被苹果砸中而悟出的世间至理:世界上任何两个物体之间,都存在着一种相互吸引的作用,这种作用称为万有引力。我们用 Fg 表示引力。

被苹果砸中后陷入思考的牛顿 图片来源百度百科

牛顿著作 图片来源百度百科

万有引力的表达式:

万有引力定律

这个力,与两个物体的质量成正比,和它们之间距离的平方成反比,比例系数为G,被称为万有引力常量,大小为G=6.67×10-11 N·m^2 /kg^2。是伟大的卡尔迪许先生,在实验室中测出来的。(更多卡文迪许测重力加速度的故事,关注后即可看到)

卡文迪许 图片来源百度百科

我们用 Fg 表示引力。

再说重力:

重力是支持力的体现。

“在某处所感受的支持力的大小”可以作为重力的定义。

我们无法直接测量重力,我们测量重力时,通常都是测出和重力平衡的那个力。比如我们用弹簧测力计把物体悬挂起来,并且静止不动(注意,这个很重要),那么测力计的示数就等于物体受到的重力。——我们就测出了重力。

另一个例子:我们觉得自己很重,是因为地面支持着我们。我们之所以感觉受到了重力,其实是因为感觉到了支持力。在静止站立时,支持力等于重力。

好,再次强调一下:重力是支持力的体现。用 G 表示重力,用 N 表示支持力的话,则

G = N

因为受到支撑,你才觉得自己很重!跳起来吧!你会获得片刻的身轻如燕,因为在空中没有支撑力,所以你感觉不到自己的重力——你完全失重了!

所以,失重指的是失去一部分或者全部的支撑力。

在空中时牛处于完全失重状态

飞机失去动力后人和物体“飘”了起来

在空中 特技人员可以任意做动作 很大程度是因为失重了

三、重力和引力有什么关系?如何区分?重力的来源是引力,但重力又是支持力的体现,那么重力和引力有什么关系呢?

这里引入两个概念:静止时的重力和运动时的重力(竖直方向加速)。

物体静止时的重力:用 G0 表示

引力是重力产生的根本原因。

重力是引力的一部分——静止物体的重力是引力扣除自转向心力之后的那部分。

我们用 F向 表示该向心力,则

G0 = Fg - F向

其中

向心力的表达式

表达式中:R指的是到地轴的距离,T是地球的自转周期,也就是1天。

当然下式依然成立:

G0 = N

如上文所述,你想要知道 G0 有多大,需要测出 N 。

生活中所说的重力,通常指的是静止时的重力,我们用 G0 表示。

在不考虑地球自转的情况下,静止重力和引力之间取等号,即

G0 = Fg

若地球是标准球体 则在地球上各个地方 Fg是相同的

物体竖直方向加速运动时的“重力”:用 G动 表示

当物体运动时,若竖直方向有加速度,那么它所受的竖直方向的支持力(权且还称为支持力)也会改变——那么也就是说,它的重力也会改变——要么增大,称为超重;要么减小,称为失重。

以向上为正方向,利用牛顿第二定律:

N-G0 = ma

在加速运动的电梯中 感觉支持力变化

变换得

N = G0+ma = G动

a 大于零,则 a 方向向上,G动 > G0,称为超重。反之,称为失重。

简单总结:

重力是支持力的体现 ,重力可以分两层来理解:

1.静止时的重力:重力的来源是引力,重力是引力的一部分,用 G0 表示:

G0 = Fg - F向 = N

2.运动时的重力:用G动来表示。

G动 = G0 + ma = N

重力会改变,因为支持力会改变

例子:

我们把地球当成一个理想的密度均匀的球体,那么对于同一个物体:

1.在地球不同纬度,万有引力都是相同的,但“由于自转引起的向心力”会有不同,纬度越高,这个向心力会越小。所以纬度越高,同一个物体的重力(等于引力减去向心力)会越大。

2.在同一个地点,物体竖直方向的运动状态会影响支持力,也就影响重力。当物体运动的加速度方向向上时,我们所感觉到的重力——其实就是物体所受的的支持力——会大于“平时的重力G0(约等于引力)”,这是就超重现象。

在太空中 没有上下之分

太空行走

四、总结在我们引入静止重力、运动重力以及支持力的概念之后,重量、重力、引力、质量、支持力五者之间的关系是:

重量指的是重力,而非质量。引力是重力产生的原因,重力是引力的一部分。重力是支持力的体现,通过支持力来定义和测量重力。同一个物体,在地球(理想地球)表面任何地方,引力是一样的;但是由于F向不同,所以静止时的重力G0不同,G0=Fg-F向=N。研究一个在地球表面小范围内运动的物体时,近似的取Fg=G0。又有G动=Fg+ma,即 G动=G0+ma=N,当加速度向上,N>G0时,称为超重;加速度向下,N0,为超重,a