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万有引力 ( 不 要 让 此题沉沦)

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[编辑] 万有引力万有引力是两个具有质量的物体间相互吸引的作用,存在于任何有质量的物体之间。实验表明,万有引力的大小与两个物体的质量分别成正比,与他们质心间的距离平方成反比,用公式表达为:
其中m1、m2分别是两个物体的质量,r为两者质心间的距离,G为一个常数,称为万有引力常数,其值约等于6.67259×10-11 公斤-1·米3·秒-2 [1]

[编辑] 重力的量与单位在一般文献中,重力(或引力)表示物体在天体(特别是地球)表面或附近所受到的万有引力。重力的量度值一般称为重量。需要注意的是即使在经典力学中,重量也不同于质量,并不是物体本身固有的属性,而与所处的天体有关。另一方面,天体的自转使得物体在地面参照系中表现为受到向心力科里奥利力)的作用。由于一般来说科里奥利力相对于万有引力十分微小,在粗略计算时通常不考虑后者,或者将两者的合力称为重力。
重力的符号是W,公式为W=mg。这里m表示物体的质量,g表示物体所在点的引力加速度
重力的单位有牛顿(N)或是达因(cgs),在MKS制中,1公斤的物体在地球表面的重量大约是。CGS制中,1的物体在地球表面的重量大约是重

[编辑] 引力加速度地球表面引力加速度的数值受高度、纬度及地球自转的影响。一般计算中g可近似的取作标准引力加速度,即g=gn=9.80665 m/s2 [2]

[编辑] 两者的微妙差别在中国大陆,重力的确切定义是:在地面或地面附近物体受到地球吸引的万有引力和随地球自转所需的向心力相减的合力。除此之外,重力和万有引力还有一些微妙的差别,以下列举了一些不同的说法:
  • 重力是天体(如地球)对相对微小物体(如皮球)的引力
  • 重力特指地球对物体的引力(这里不包括因物体受到的向心力而耗损的那部分引力)。
另外,在某些文献中,万有引力在本质上也不等于重力。万有引力所描述的现象并不依赖于其他特殊的原因。一些理论认为有可能万有引力的存在不取决于力的作用;依照于广义相对论,这的确是正确的。“重力”特别代表地球产生的吸引力,用“万有引力”代表普遍意义上的物质间的相互吸引力。在专业使用上,“万有引力”是指物体加速靠近另一个物体的趋势,“重力”则是某些理论用于解释导致这种加速行为的“力”。
17世纪艾萨克·牛顿阐明他的万有引力定律前,大多数人对重力并不了解。尽管牛顿万有引力定律已被爱因斯坦广义相对论上更进一步的解释所取代,但由于牛顿的理论非常简明,且在一般情况下所得结果的准确性与广义相对论并无差别,因此在许多日常实际应用中仍广泛使用。虽然科学界对大多数重力的性质已经了解,但万有引力的形成原因仍是一个未决的问题,因而重力研究还是科学上的一个重要课题。

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在物理学上,万有引力或引力是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势。万有引力即引力相互作用是自然界的四大基本相互作用之一,另外三种相互作用分别是电磁相互作用、弱相互作用及强相互作用。万有引力是上述相互作用中作用力最微弱的,但是在超距上万有引力仍然具有吸引力的作用。在经典力学中,万有引力被认为来源于引力的力的作用。在广义相对论上,万有引力来源于存在质量对时空的扭曲,而不是一种力的作用。 在量子引力中,引力微子被假定为引力的传送媒介。[参 1]

在地球上重力的吸引作用赋予物体重量并使它们向地面下落。此外,万有引力是太阳和地球等天体之所以存在的原因;没有万有引力天体将无法相互吸引形成天体系统,而我们所知的生命形式也将不会出现。万有引力同时也使地球和其他天体按照它们自身的轨道围绕太阳运转,月球Clark, John, O.E.(2004).The Essential Dictionary of Science.Barnes & Noble Books.ISBN 0760746168. 按照自身的轨道围绕地球运转,形成潮汐,以及其他我们所观察到的各种各样的自然现象。

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各个行星天体,包括地球,都具有其自身的万有引力特性,特别是在水平面上所测量出的万有引力特性。地球表面的引力加速度被表示为g,近似地等于 9.81 m/s2 或者 32.2 ft/S2。这表明,如果忽视空气阻力的影响,在地表附近正在自由落体的物体速度每秒将增加 9.81 M/S(大约22mph)。因此,一个从静止开始下落的物体在一秒后的速度将达到 9.81 m/s,第二秒将达到 19.62 m/s,以后的情况也将依此类推。地球同时也受到下落的物体等值反向的力的作用,意味着地球也将加速向物体运动。但是,由于地球巨大的质量,这个加速度小到难以察觉。

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在一般情况下,物体因不变的引力持续作用而运动时,一组动力学方程组可描述它运动的轨道。例如,牛顿万有引力定律给出了一个简单的方程F = mg,其中m代表物体的质量。当物体自由落体向地球的距离可以以我们日常用到的距离衡量时,这个猜想是合理的;但若用于对大距离譬如太空船的轨道进行计算时,这将导致极大的误差。

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在上个世纪,另外三大基本相互作用:强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的产生机制已经通过载力粒子的观念加以解决。现在人们正在尝试将载力粒子、相对论与万有引力联合成为一个统一的整体。因此,引力相互作用是如何与其他三个基本作用互相影响的是一个未决问题。

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历史上的各种理论

亚里士多德引力理论
尼可拉·特斯拉(Nikola Tesla)宣布但是从未发表的引力动力学理论;部分原因是因为理论的细节(如果有的话)并没有透露,并没有得到物理学家们的重视。
感应引力(Induced Gravity),由安德烈·萨哈罗夫(Andrei Sakharov)提出,认为广义相对论可能起源于量子场论。
雷萨吉万有引力理论(Le Sage's Theory of Gravitation)(也叫做 雷萨吉引力理论),由乔治-路易斯·雷萨吉(Georges-Louis Le Sage)提出,以一种充满整个宇宙轻的气体的流动来解释这种现象。
Nordström万有引力理论(Nordström's Theory of Gravitation),广义相对论的早期竞争者。
怀特黑德万有引力理论,(Whitehead's Theory of Gravitation)广义相对论的另一个早期竞争者。

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在1687年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中发表了万有引力定律。牛顿的万有引力定律的陈述如下:

宇宙中每个质点都以一种力吸引其他各个质点。这种力与各质点的质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。

Every particle in the universe attracts every other particle with a force that is directly proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance between them.

如果这些质点具有质量m1、m2,并且在它们之间具有距离r(它们质心的连线长度),它们之间以万有引力相互作用的量值如下:


G是被称为万有引力常数(引力常数)的普遍常数。

注:只有当两个物体之间的距离远大于物体的几何尺寸时,物体可以近似看作质点,这个公式才是适用的。否则应当把物体分割为足够小的质点,两两之间计算引力,而后进行积分。

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牛顿的万有引力的概念和量化一直持续到了20世纪初,直到相对论证明其在超距作用上的观点站不住脚后。德国的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦在广义相对论中对万有引力进行了全新的解释。爱因斯坦认为:物质对四元时空的扭曲,产生了牛顿以某些吸引力为原因解释的所谓天体按照测量出的弯曲轨道运行的宇宙。

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