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我尽量写得初中生能看懂吧:重力

更新时间:2024-04-02 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

要回答这个问题,你首先要明白:5CL物理好资源网(原物理ok网)

(1)重力是如何产生的;5CL物理好资源网(原物理ok网)

(2)地球自转影响重力。5CL物理好资源网(原物理ok网)

初中物理中,重力是由于地球的吸引力而在地球表面附近出现的问题。 地球之所以吸引物体,显然是由于万有引力所致。根据万有引力定律5CL物理好资源网(原物理ok网)

F=frac{GMm}{R^{2}}5CL物理好资源网(原物理ok网)

式中,G为万有引力常数,是一个不变的量。 Mm是地球质量与物体质量的乘积,R^2是物体到地心的距离。5CL物理好资源网(原物理ok网)

那么如果万有引力等于万有引力,那么5CL物理好资源网(原物理ok网)

frac{GMm}{R^{2}}=mg,5CL物理好资源网(原物理ok网)

g=frac{GM}{R^{2}}5CL物理好资源网(原物理ok网)

看来,既然地球可以近似地看成一个球体,那么g应该是一个常数值。 不是这种情况。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我们知道,如果物体上的合力与速度方向不同,则该物体将沿曲线移动。5CL物理好资源网(原物理ok网)

那么,如果一个物体可以做匀速圆周运动(匀速圆周运动),那么它所受的力是多少呢?5CL物理好资源网(原物理ok网)

显然北极重力加速度,为了使物体以匀速做圆周运动,它必须有一个指向圆心的力。 这里,在没有证明的情况下,给出了向心力的公式 F=mfrac{4pi^{2}R}{T^{2}}。5CL物理好资源网(原物理ok网)

T是物体的旋转周期,R是物体到旋转轴的距离。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我们知道,如果地球自转,物体就必须随地球一起转动,而自转需要向心力。5CL物理好资源网(原物理ok网)

那么从公式F=mfrac{4pi^{2}R}{T^{2}}可以看出,物体距离旋转轴越远,需要的向心力越大。 赤道面上的物体到地轴的距离明显大于其他地方到地轴的距离,因此其自转所需的向心力更大,而向心力只能由重力提供。5CL物理好资源网(原物理ok网)

因此,除极地地区外,地球表面的其他地方都不同程度地受到地球自转的影响,导致万有引力具有维持物体随地球自转的分量。 并且留给重力的分力变小。5CL物理好资源网(原物理ok网)

地球自转的影响在不同的纬度是不同的,因为不同纬度的物体距地轴的距离不同,所以不同地区的g是不同的。 极地R=0,因此不受地球自转影响,g最大。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我们还注意到g=frac{GM}{R^{2}}北极重力加速度,R是物体到地心的距离,因此海拔越高g会越小。5CL物理好资源网(原物理ok网)

事实上,力是一个矢量,它的合成和分解并不是那么简单。 像上面直接讨论是不严谨的。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我们把g称为重力加速度,接下来我会从更高的角度来讨论这个问题。5CL物理好资源网(原物理ok网)

原文是我的专栏5CL物理好资源网(原物理ok网)

高中的每个人都知道重力加速度。 其实大家早在初中就开始接触这个东西了。5CL物理好资源网(原物理ok网)

重力公式G=mg5CL物理好资源网(原物理ok网)

式中,G为问题上的重力,m为物体的质量,g被认为是初中重力与质量的比值,常取9.8N/kg或10N/kg 。 不同纬度g的大小不同,但差别不大。 高中时物体做自由落体运动的加速度称为自由落体加速度,也称为重力加速度。 常取9.8m/s²或10m/s²。 不同纬度g的大小不同,但差别不大。 细心的同学在学习自由落体运动时会立即发现,这不就是G=mg的g吗? 然后当我学习相互作用的时候,我发现好像是这样的,当我学习牛顿第二定律的时候,我发现确实是这样的。 第二门必修课学习万有引力时,会教你推导g。5CL物理好资源网(原物理ok网)

【本次讨论的前提是物体处于地球表面高度为0的位置】忽略地球自转时,认为物体对地球表面所施加的万有引力等于万有引力。5CL物理好资源网(原物理ok网)

GMm/R²=毫克5CL物理好资源网(原物理ok网)

g=GM/R²①5CL物理好资源网(原物理ok网)

式中,G为万有引力常数,M为地球质量,R为地球半径。常乘以R²,变为5CL物理好资源网(原物理ok网)

GM=gR² 称为黄金替代(你看不到黄金在哪里)5CL物理好资源网(原物理ok网)

但是,地球会自转,自转时会有离心惯性力。 重力是万有引力和离心惯性力的合力。 换句话说,万有引力必须有一个分量来提供物体跟随地球自转所需的向心力。 两种表达方式都很好。 当两极与地轴距离为零时,由于an=mω²r=0,离心惯性力消失,万有引力等于重力。 此时,g=GM/R²。5CL物理好资源网(原物理ok网)

在赤道处,重力一部分提供向心力,一部分变成重力,g=GM/R²-4π²R/T²②5CL物理好资源网(原物理ok网)

现在我们要计算任意纬度的重力加速度。 所谓纬度,就是地球表面某一点到地心的连线与赤道所在平面的夹角。 这个角度就是该点的纬度。假设某点的纬度为θ,地球自转周期为T,半径为R,那么受力分析如图5CL物理好资源网(原物理ok网)

由余弦定理5CL物理好资源网(原物理ok网)

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讨论:当θ=0(在赤道处)时,cosθ=1。 根据完全平方公式,g=GM/R²-4π²R/T²,与式②相同。5CL物理好资源网(原物理ok网)

当θ=90°时,cosθ=0,g=GM/R²,与式①相同。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我们来验证一下是否正确。 取G=6.-11N·m²/kg²,M=5.,R=,令θ=45°,代入式③(见图),可得g=9./s²5CL物理好资源网(原物理ok网)

事实上,θ=45°时得到的重力加速度值就是标准值。 g的标准值为9.80665 m/s²,计算值与实际值相差近0.02m/s²。两极点和赤道分别计算5CL物理好资源网(原物理ok网)

g极=9./s5CL物理好资源网(原物理ok网)

²gred=9./s²5CL物理好资源网(原物理ok网)

实际结果是g极=9.832m/s²,g红=9./s²5CL物理好资源网(原物理ok网)

错误从何而来? 让我们回忆一下高中地理必修课——地球的形状。 地球不是一个完美的球体,而是一个不规则的球体,两极稍微扁平,赤道稍微凸出。 地球的平均半径为6371公里,最大周长约为4万公里。 地球的平均赤道半径为6378.38公里,极地半径为6356.89公里。 公里。 测量还发现,北极地区高约18.9米,而南极地区低24至30米。 我们将地球通过地轴的横截面视为一个椭圆,则其长半轴a=,短半轴b=,椭圆的参数方程可写为5CL物理好资源网(原物理ok网)

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改写方程③5CL物理好资源网(原物理ok网)

引入θ=45°和其他数据,我们得到g=9./s²。 误差仅为0.005m/s²,比以前小很多。 让我们计算一下北极和赤道处的重力加速度。 值得注意的是,北极地区高约18.9米,而南极地区低24至30米。 因此计算北极重力加速度时必须加上18.9m。5CL物理好资源网(原物理ok网)

结果是 g 北极 = 9./s²,g 赤道 = 9./s²。5CL物理好资源网(原物理ok网)

与实际g极=9.832m/s²相比,g红=9./s²5CL物理好资源网(原物理ok网)

误差变小了,但是结果还是太大了。 我认为原因是地球的质量分布不均匀,导致质心与地球的几何中心不重合。 也有可能数据中地球的质量太大。5CL物理好资源网(原物理ok网)

我又想,是否根据高斯定理,地球大气层的引力对引力加速度(引力场强度)没有贡献,导致结果偏大。 我估算了大气层的质量,发现比地球总质量小6个数量级,可以纳入地球质量的误差范围。 所以猜想不成立。5CL物理好资源网(原物理ok网)

万有引力常数的测量迄今为止精度还不是很高,所以我们一般都会忽略它。5CL物理好资源网(原物理ok网)

总结:物理理论就是这样发展起来的,一步步接近实际情况。 在误差容忍范围内,物理模型可以非常简化。 但为了更接近真实情况,一些简单的理论可能并不适用。5CL物理好资源网(原物理ok网)

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