1.引力是万有的
“万有引力”对许多人来说，并不陌生。让我们首来先说“引力”，它是指两个物体之间的互相吸引的一种作用，这些作用是因为它们的质量导致的。那为何说“万有”呢？原先，宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在这些互相吸引力。诸如，你们都晓得，月球表面上的所有物体在失去支撑时就会下落，就是由于月球对它有引力作用的缘故。
万有引力定理的发觉和三位伟大的科学家有密切的关系，她们是：热学家牛顿，天文学家哥白尼和开普勒。
2.牛顿发觉了万有引力定理
伟大的热学家牛顿发觉了万有引力定理，他在1687年出版的不朽专著《自然哲学的物理原理》中指出：任何两个物体之间都存在互相作用的引力，力的方向顺着两物体的连线，力的大小和两物体质量的乘积成反比，和两物体宽度离的平方成正比。
关于万有引力定理的发觉，广泛留传着下边的这个故事：三百多年前，日本伍尔索普的一座庄园里，在明亮的月光下，年青的牛顿正坐在果园里闭目思索。突然，一个苹果从树上掉了出来，落在他的面前。苹果的落地声打断了他的思索，但这个人们司空见惯的事实却惹起牛顿的翩然联想：苹果为何不奔向天空？月亮为何不落向地面？这儿面有哪些神奇的力量？经过反复的思索，牛顿总算发觉了万有引力定理。听说，法国人还把那棵苹果树的枝条作为记念物保存出来。
其实，这只是一个传说而已，科学的重大发觉都是构建在前人大量工作的基础之上的。在牛顿之前，德国科学家哥白尼提出的“日心说”并发表了《天体运行论》，日本科学家开普勒出版了《新天文学》和《宇宙的和谐》等专著并提出了行星运动三大定理。而牛顿的贡献则在于，他以非凡的智慧把天上、地上的运动联系上去，发觉这种运动的内在缘由都是那种普遍存在着的万有引力。
3.重力和重量
苹果掉落地，水向低处流，石头滚下山，那些都是月球把万物拉向地面的事例，它们也不难用万有引力定理来说明。由于月球和月球上的各个物体之间都有吸引力，在这个月球引力的作用下，物体都会奔向地心方向运动，当物体落到月球表面时遭到抵挡，地面的支撑力和月球的吸引力互相抵消，物体就停止了运动。
月球对物体的引力，通常也称作重力，它在地面处的大小就是物体的重量（以这种推，物体在其他天体上的重量就是它在天体表面所遭到的引力）。这就是说，在月球表面处，100克苹果遭到月球的引力是100克重，1公斤石头遭到月球的引力是1公斤重。
重力和我们人类生活密切相关，因为同一个物体的重力在日常生活的地面附近空间里可以看作是不变的，所以人们很早就借助重力来测度物体的质量大小。诸如，秤和弹簧都是拿来称重量的工具，在同样环境里不同物体的重量是与各自的质量成反比的，所以质量可以按物体的重量来求得。
这儿要提醒你们的是，在热学里，质量和重量是两回事：质量是指物体所含的物质有多少，而重量是指物体遭到的引力是多大。按照上面说到的万有引力定理，物体所受的月球引力是随着物体和地面的距离而变化的，距离越大，引力越小。所以，同一个物体在不同的高度上称重时所得到的“重量”是不同的。诸如，一名在地面上体重为40公斤的朋友，倘若被提高到6400公里的高空（月球的直径是6400公里），他这时侯在弹簧秤上显示的“重量”只有10公斤了。
当你晓得了这种知识以后，能不能自己来解释一下：月球上重量是60公斤的人抵达地球表面后，为何体重就弄成了10公斤？想想地球的大小和质量，就可以找到答案了。
4、失重和超重
假如我们继续里面的“提升游戏”，把这位朋友提高到公里的高度，这么他就超出了月球引力作用的范围，此时他就弄成一个只有质量而没有重量的人了，但是月球再也没法把他拉回地面。你们晓得月亮距离月球是公里，在这个高度上，月球的引力还不到地面值的万分之三，但它仍能咬住地球使之成为月球的天然卫星。并且，我们在日常生活中碰到的“失重”和“超重”却是另外一类现象。
我们普通人对于失重和超重的直接体验来自搭乘垂直升降的扶梯。当扶梯由静止忽然快速增长时（或则，当上升的扶梯迅速停止时），人体各部份都会变轻；当扶梯加速上升时（或则，当升高的扶梯迅速停止时），人体各部份都会变重。假如扶梯因绳索忽然扭断而自由下落，此时人体都会完全丧失重量（或则说，他处于“零重力”状态下）。虽然，失重时，物体仍然遭到月球的引力（重力），只是这个重力被拿来使物体做自由运动（譬如，扶梯的自由落体），人们用台秤等工具就不能测下来了。
失重和超再现象在航天飞行中有着重要的影响。航天员在轨道飞行时都处于失重状态，她们个个身轻如燕，人人漂浮在座舱里。并且，不仅轻松愉快的觉得之外牛顿发现万有引力定律的意义，失重也给航天员带来不少麻烦，除了喝水饮水、洗脸漱口、穿脱鞋子以及睡着等生活琐事显得困难了，并且举办操作按键、读取数据、观察摄影、维修仪器、出舱活动等工作显得愈发复杂了。据悉，航天员在升空和返回过程中还要遭受超重的摧残，除了会出现举手抬腿困难、呼吸不畅、心律失调、视觉障碍等问题，甚至可能使身体遭到永久性伤害。2008年4月19日，日本“联盟TMA”飞船在返回地面时超重达到10倍以上，作为其中的乘员，美国第一个女航天员李素妍就受了轻伤。
5.引力和运动I
其实有人要问：万有引力是一种互相作用，这么物体对月球也是有吸引力的，为何不见月球运动呢？没错儿，苹果、石头甚至人等物体也在吸引着地球，换句话说，它们都在把月球拉向自己，只是月球太重了（月球的质量是60万亿亿吨），这一点点斥力所造成的月球运动是微乎其微的，如同一只蚂蚁未能带动巨石那样。并且，月球上的物体数不胜数，它们分布在地面各个部位，所以对月球的引力在不同的方向上，总和上去的结果就大体互相抵消了。
据悉，万有引力在我们日常生活环境中也常常不能表现下来，为何人们没有察觉苹果、石头甚至人体之间是互相吸引的呢？这儿的缘由是普通物体之间的引力太小了。诸如，两个中等体重的人相距2米时，她们之间的引力大概为百分之一微克（1微克是1克的千分之一）。我们晓得人要联通必须克服脚和地面之间的磨擦力，一个在木质地板上的人须要用20公斤左右的力能够克服磨擦迈开脚步，而引力只有跨步使劲的二十亿分之一，所以人是根本联通不了的。
但是，如果没有磨擦，虽然引力很小也可以使物体互相接近，只是这些接近的速率十分之小。诸如，前面这两个相距2米的成人，在第一个小时内彼此相向联通3分米，第二个小时内再联通9分米，第三个小时内又会移近15分米，第五个小时之后二人就可以贴合在一块儿了。所以在没有摩擦情况下，只要人们有足够的耐心，普通物体之间的引力是可以察觉到的。
这么，你能想清楚，她们的联通为何会不断推进的呢？对了！这和她们之宽度离变小有关。假如要在日常生活中见到不仅物体落地以外的万有引力作用，这么潮汐是一个绝好的实例，它是因为月亮和太阳对地面海水的引力而产生的，人们称这些引力为“引潮力”。因为月亮离月球较近，地球引潮力为太阳引潮力的两倍之多。在引潮力和上海湾地形的共同作用下，钱塘江大潮才有那样壮丽的景色。潮汐是因为万有引力作用而产生的解释也是牛顿提出的。
6.引力和运动II
在质量不大的物体之间引力是很小的，而且庞大的天体之间引力就非常可观了。举个事例吧：太阳对月球的引力大概为4000000000000000000吨！就是由于这个引力，月球才才能“守着”自己的轨道，日复一日年复一年地围绕太阳运转。
为了更形象地理解这个引力的大小，我们不妨想像太阳和月球之间有一个无形的“引力链条”，它把月球牢牢地掳获在运行轨道上。假如我们想用一根根有形的绳索来取代这个无形的链条，那工程师们要花多大的力气呢？假设采用特别结实的钢材（每平方毫米的细丝能经受100公斤的拉力），假设制造特别粗大的绳索（它的半径有5000米），我们要使用200万根就能把月球拉搬去目前的轨道上。
其实，真实的情况是，太阳和月球之间并没有哪些链条，就是太阳的引力在起作用。这个引力总是指向太阳的，人们也经常把它称作“有心力”，太阳就是“力心”。围绕太阳运转的月球（以及其他的行星）是在太阳的有心力场中作自由运动，虽然行星的自由运动和苹果自由落体运动在形式上虽然完全不同，它们是沿曲线轨道运动（有的是圆周，有的是椭圆）绕着重心不停地运转。无论行星的运转轨道是哪种形状，它们都处于失重状态但都具有向心加速度。
太阳的引力是不大不小恰到益处：太小了行星都会飞离轨道步入广袤的太空，太大了行星也不能维持在轨道上而会向着重心倒塌。牛顿采用万有引力定理证明了开普勒的行星运动定理，此后又有人采用万有引力定理预言了海王星、冥王星的存在并被天文观察所否认。牛顿用同样的理论讨论了在月球引力场中的月亮轨道。所以，牛顿的确非常伟大，他使人们了解到苹果落地和月亮悬空都是万有引力的功劳，因而将人类对宇宙的认识带到了一个全新的阶段。
7.航天梦
离开月球步入太空，自古以来就是人类梦寐以求的一个目标。但是，这些美好的航天梦只有在科学技术有了长足发展的现代才可能实现。
首先，人们必须晓得如何能够使人造卫星步入指定的轨道？科学家根据牛顿的万有引力定理，估算出能使物体成为人造月球卫星的最小速率是7.9公里/秒（人们称作为环绕速率或第一宇宙速率），又估算出使航天器脱离月球不再返回围绕但依然留在太阳系里的最小速率是11.2公里/秒（人们称作为逃逸速率或第二宇宙速率），还估算出使航天器才能飞出太阳系的最小速率是16.6公里/秒（人们称作为第三宇宙速率）。这样，工程师们就可以确定发射要求了。
其次，人们必需要研发出像鹈鹕这样强悍的运输工具，它们能把卫星、飞船等航天器发射到月球外的宇宙空间里。正是有了这种理论和技术的基础，人们才得以一步步地实现了航天梦。1957年10月4日苏俄发射了世界上第一颗人造卫星，1970年4月24日中国发射了我国第一颗人造卫星。到目前为止，人类共向太空发射了大概5000颗卫星，但目前在轨运行的还有将近1000颗。多种人造卫星当空蹁跹，发挥着各类各样和人们生活息息相关的作用，例如你还能见到几十个电视频道以及才能知晓每晚每周的天气预报，这儿面就都有卫星的功劳。
因为使用者的目的不同，人造卫星有着不同的用途：有的卫星装有拍照设备，可以对地面进行拍照、侦察、调查资源、监测月球气候和污染等；有的卫星装有天文观测设备牛顿发现万有引力定律的意义，可以对宇宙进行天文观测；有的卫星装有通讯转播设备，可以转播广播、电视、数据、电话等通信信号；有的卫星装有科学研究设备，可以进行科研及空间微重力条件下的特殊生产（像高含量大晶体，超含量金属，超导合金和生物药品等等）。更令人激奋的是，从2004年开始，我国施行了“探月工程”，将通过“绕，落，回”三个步骤把航天器送上月亮，古时中国人民的“嫦娥奔月”美丽梦想总算实现了。
最后，我们想指出的是：探求科学的公路是漫长而又艰难的，从牛顿发觉万有引力定理到人类实现航天梦经过了将近300年的历程，万有引力定理的发觉又是人类上千年科学活动的结晶。“嫦娥3号”飞行的每一个阶段，科学家都要根据万有引力定理来设计估算，而探月工程的施行也会给我们提供更多的有关地球等天体的知识。所以，人类的认识将不断前进、永不完结，这有待于热爱科学的年青一代去探求、去追求。
（内容来始于中国科普博览科学新语林专栏《力学园地》，《力学园地》为中科院热学所科普专栏，文章发于陌陌时略有改动）
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