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1784 年英国物理学家阿特伍德发明测量自由落体加速度装置

更新时间:2024-06-27 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:15次

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1592年,意大利物理学家伽利略证明了斜面上铜球的速度随时间均匀增加。他认为,如果增加斜面的倾斜角度,铜球即使在垂直状态下,也仍然遵循相同的运动规律。单位时间内速度的增量称为自由落体加速度。伽利略巧妙地利用斜面来“稀释”引力的影响,因此他只需要测量斜面上铜球较小的加速度重力加速度g,就能推导出自由落体加速度的大小。xZu物理好资源网(原物理ok网)

1784年,英国物理学家阿特伍德发明了一种测量自由落体加速度的装置。两个质量相等的重物用细线连接起来,绕过一个固定的轻滑轮。当把一个小的轻物体放在重物体上时,装置就会加速。通过测量这个较小的加速度,就可以计算出自由落体加速度的值。这种装置被称为阿特伍德机。虽然这种装置无法避免系统误差,但它是当时几乎所有欧洲大学的标准配置。xZu物理好资源网(原物理ok网)

(当然,阿德伍德机并不是只用来测量重力加速度的,实际上一个重物通过定滑轮带动另一个物体的运动轨迹非常复杂,在二维平面(或三维空间)内的运动和两物体的质量比,初夹角,初速度都有很大关系,这里举个例子,大家可以欣赏一下。)xZu物理好资源网(原物理ok网)

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振荡 机,质量比 4.5,初始角度 90 度,初始速度 0xZu物理好资源网(原物理ok网)

其实自由落体加速度来自于地球对物体的吸引力,所以自由落体加速度又叫重力加速度。地球是一个不规则的球体,赤道和北极到地心的距离大约相差21公里。xZu物理好资源网(原物理ok网)

在北极,由于地球对物体的引力,北极的重力加速度约为9.832m/s2。xZu物理好资源网(原物理ok网)

赤道处距地心的距离比北极稍远,所以重力比北极小0.18%。再加上赤道处物体随地球自转,一小部分重力用来提供物体随地球做圆周运动的向心力,所以重力比北极减小0.35%。这样,赤道处总重力加速度比北极小0.53%,约为9.780m/s2。xZu物理好资源网(原物理ok网)

在地球其他纬度,除了提供物体绕地轴做圆周运动的向心力外,剩下的力就是重力。因此,重力加速度会随着纬度的增加而增大,这意味着如果你在地球上的不同地方,你的重力会略有不同。xZu物理好资源网(原物理ok网)

为了统一,国际度量衡委员会于1901年采用了地球范围内的一个中间值9./s2,作为标准重力加速度,这个值实际上相当于北纬45.542度海平面的重力加速度。xZu物理好资源网(原物理ok网)

在不同的纬度,地面上重力加速度的数值稍有不同,在远离地球的太空中重力加速度g,重力加速度会发生很大的变化,我们画一个重力加速度随距离变化的图,其实在地球以外的太空中,重力加速度和距离的平方成反比。xZu物理好资源网(原物理ok网)

但在地球内部,重力加速度随深度的变化要复杂得多。物理老师喜欢假设地球是一个密度均匀的球体。那么随着距离球心的距离减小,重力加速度均匀减小,两者成正比关系。xZu物理好资源网(原物理ok网)

当然这只是假设,实际上地核和地幔的密度比地壳大很多倍,地幔和地核之间的密度差别很大。从目前探测到的密度分布来看,地球内部重力加速度随距离的变化很复杂,可以看出地幔中的重力加速度比地面略大,在外核和地幔之间重力加速度达到最大值。xZu物理好资源网(原物理ok网)

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