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高一物理万有引力定律与其他物理量的关系【掌握】

编辑:sx_zhanglz

2016-11-30

万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律,物理万有引力定律与其他物理量的关系万有引力定律章节的其中一小部分,但是也不要忽略,动动手指行动起来吧!

重力加速度

令a1为事先已知质点的重力加速度。由牛顿第二定律知,取代前面方程中的F同理亦可得出a2.

依照国际单位制,重力加速度(同其他一般加速度)的单位被规定为米每平方秒 (m/s^2 或 m s^三)。非国际单位制的单位有伽利略、单位g(见后)以及 英尺每秒的平方。

请注意上述方程中的a1,质量m1的加速度,在实际上并不取决于m1的取值。因此可推论出对于任何物体,无论它们的质量为多少,它们都将按照同样的比率向地面坠落(忽略空气阻力)。

如果物体运动过程中r只有极微小的改变——譬如地面附近的自由落体运动——重力加速度将几乎保持不变(参看条目地心引力)。而对于一个庞大物体,由于r的变化导致的不同位点所受重力的变化,将会引起巨大而可观的潮汐力作用。

令m1为地球质量5.98*10^24kg,m2为1kg,R为地球半径6380000m,代入万有引力公式,计算出F=9.8N,这说明1kg的物体在地球表面受重力为9.8N。换句话说,等式两边同除以m2,结果就是重力加速度g。

具有空间广度的物体:

如果被讨论的物体具有空间广度(远大于理论上的质点),它们之间的万有引力可以以物体的各个等效质点所受万有引力之和来计算。在极限上,当组成质点趋近于“无限小”时,将需要求出两物体间的力(矢量式见下文)在空间范围上的积分。

从这里可以得出:如果物体的质量分布呈现均匀球状时,其对外界物体施加的万有引力吸引作用将同所有的质量集中在该物体的几何中心原理时的情况相同。(这不适用于非球状对称物体)。

矢量式:

地球附近空间内的重力示意图:在此数量级上地球表面的弯曲可被忽略不计,因此力线可以近似地相互平行并且指向地球的中心牛顿万有引力定律亦可通过矢量方程的形式进行表述而用以计算万有引力的方向和大小。在下列公式中,以粗体显示的量代表矢量。

其中:

F12: 物体1对物体2的引力

G: 万有引力常数

m1与m2: 分别为物体1和物体2的质量

r21 = | r2 r1 |: 物体2和物体1之间的距离

r21= r1+r2 物体2和物体1之间的距离: 物体1到物体2的单位矢量

可以看出矢量式方程的形式与之前给出的标量式方程相类似,区别仅在于在矢量式中的F是一个矢量,以及在矢量式方程的右端被乘上了相应的单位向量。而且,我们可以看出:F12 = F21.

同样,重力加速度的矢量式方程与其标量式方程相类似。

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