重力加速度()是一个物体受重力作用的情况下所具有的加速度,也叫自由落体加速度,用g表示。重力加速度方向竖直向上,其大小由多种方式可测定。下方有详尽对重力加速度的解析,包括重力加速度数值,两极与赤道重力加速度比较,自由落体运动,单摆测当地重力加速度,重力与万有引力关系等。
重力加速度一般指地面附近物体受月球引力作用在真空中下落的加速度。为了易于估算,常在估算中取其近似值约为g=9.8m/s²。
在地球、其他行星或恒星表面附近物体的下落加速度,则分别名地球重力加速度、某行星或恒星重力加速度。
重力加速度的改变
在同一地区的同一高度,任何物体的重力加速度都是相同的。
重力加速度的数值随海拔高度减小而降低。当物体距地面高度远远大于月球直径时,g变化不大。而离地面高度较大时,重力加速度g数值明显减少,此时不能觉得g为常数。
距离地面同一高度的重力加速度,也会随着经度的下降而变大。
因为重力是万有引力的一个分力,万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所须要的向心力。
物体所处的地理位置经度越高,圆周运动轨道直径越小,须要的向心力也越小,重力将急剧减小北极重力加速度,重力加速度也变大。
课本和补习书上常见到的重力加速度值g=9.8m/s²实际上是大约值,并不精确。假如要找某市g的精确值,最简单的就是借助单摆来测定当地的重力加速度了。
北极、北极与赤道的重力加速度
地理南北极重力加速度比赤道的加速度大。在这儿,我们做一个剖析:
首先,因为月球不是标准的球状,而是椭圆体;夸张一点来说,如同个椭球体的“橘子”。为此“距离地心近”的两极万有引力大一些,自然重力加速度也较大。
从天体学的相关知识(F向=mvω)可知,赤道附近的向心力大。
相对而言,物体在南极(或则说两极)向心力为零,按照矢量运算法则自然重力也就大一些。
综上两个诱因所述:
1南北极万有引力较大;
2南北极没有向心力。
为此北极重力加速度,南北极附近的重力加速度大。请注意是两个诱因,小学数学网编辑组发觉好多中学老师仅指出第二个向心力关系大小的诱因,这是不科学的。
更为详尽的解释,见小学数学网文章《重力与万有引力的关系》;
单摆测重力加速度的实验
测重力加速度的实验是机械震动与机械波中讲解单摆时提到的,是中考数学的常考实验。
设单摆的摆长为L,摆球质量为m。
单摆只在最大摆角大于等于5°时,单摆的震动才可以近似看为为简谐震动。单摆的固有周期公式:
由该式可推论:
据此,我们只要通过实验方式测出摆长L和周期T,就可以通过估算得到当地的重力加速度。
合适的实验器材、正确的检测方式、规范的操作是减少偏差的重要保证,为了使实验结果更确切,实验时应当注意以下几点:
(1)选择摆线时,应选择细而不易伸长的材料,如棉线等,且厚度不应短于1m;作为摆球的小球应选择容积小而密度较大的金属球;
(2)摆线的下端不可随便卷在铁夹上,而应当紧夹在铁夹中固定,以免摆动时发生摆长改变的现象;摆长应为悬线长与球直径之和;
(3)摆动时偏角不应超过5°;
(4)摆球应无初速释放,且摆动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要产生圆柱摆。
(5)估算单摆的震动次数时,应从小球通过最高点时开始计时,之后应从摆球从同一方向通过最高点时计数,且测多次全震动的时间,通过取平均值求周期T=t/n;