萬有引力全部提供向心力則
gmm/r2=mv2/r=mω2r=m4π2/t2·r
注意r指的是軌道半徑!
還有,說的一般點星球表面物體的重力近似等于萬有引力則
gmm/r2=mg推出黃金代換公式,gm=gr2
注意:這里的r指的是星球本身的半徑,g指的是星球表面的重力加速度!
萬有引力
universal gravitation
任意兩個物體或兩個粒子間的與其質(zhì)量乘積相關(guān)的吸引力。自然界中最普遍的力。簡稱引力,有時也稱重力。在粒子物理學中則稱引力相互作用和強力、弱力 、電磁力合稱4種基本相互作用。引力是其中最弱的一種,兩個質(zhì)子間的萬有引力只有它們間的電磁力的1/1035 ,質(zhì)子受地球的引力也只有它在一個不強的電場1000伏/米的電磁力的1/1010。因此研究粒子間的作用或粒子 在電子顯微鏡和加速器中運動時,都不考慮萬有引力的作用 。一般物體之間的引力也是很小的,例如兩個直徑為 1米的鐵球 ,緊靠在一起時 , 引力也只有2.83×10-4牛頓,相當于0.03克的一小滴水的重量 。但地球的質(zhì)量很大,這兩個鐵球分別受到4×104牛頓的地球引力 。所以研究物體在地球引力場中的運動時,通常都不考慮周圍其他物體的引力。天體如太陽和地球的質(zhì)量都很大,乘積就更大,巨大的引力就能使龐然大物繞太陽轉(zhuǎn)動。引力就成了支配天體運動的唯一的一種力。恒星的形成,在高溫狀態(tài)下不彌散反而逐漸收縮,最后坍縮為白矮星、中子星和黑洞 , 也都是由于引力的作用,因此引力也是促使天體演化的重要因素。
萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程
在談?wù)撊f有引力發(fā)現(xiàn)的事件時,對於當時天文學及力學的發(fā)展情形也得有一些說明,才能了解當時代科學的背景,以及它是如何影響刺激牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力。
有關(guān)力學:
牛頓了解伽利略早先所發(fā)展出來的慣性觀念,他知道在不受外力作用的情形下,動者恒做等速度直線運動。他也知道若一個運動中物體的速率或運動方向有了變化,其中必定有力的作用。當時的牛頓,受到天文學家哥白尼提出的「地球繞日的圓形軌道」的影響可能正對月亮的運行軌跡不是直線、是繞著地球的圓形軌道而深感困惑。但是他已知道,由海更士提出「一物體要作圓周運動需要施一個向中心的力量」的理論。由天文看,行星繞太陽運動也應(yīng)需要一向心的吸引力量,可是,這個力到底是什么?
有關(guān)天文學:
西元1543年哥白尼提出天體運行論,以太陽為諸行星的運轉(zhuǎn)中心和地球自轉(zhuǎn)來解釋星象,對人類以自我為中心的宇宙觀作了一個革命性的改變。其后克卜勒分別在西元1609年提出行星運行第一定律「運行的軌道為橢圓,太陽位在橢圓的一焦點上」及第二定律「等面積定律;行星與太陽連線在相同的時間內(nèi),掃過的面積相同」及西元1619年提出的第三定律「周期定律;行星周期T的平方正比於軌道平均距離的立方」這三個定律揭示出幾個問題:
1. 軌道可以是圓的,也可以是橢圓的,什么樣的作用方式,可以形成這樣的軌道運行呢?
2. 太陽處於橢圓一焦點上,顯示行星是繞著太陽的,是什么力量使它們繞著太陽轉(zhuǎn)呢?
3. 由周期與軌道半徑的關(guān)系(周期平方正比於軌道半徑三次方),這又意味著是什么作用的方式所形的呢?
牛頓的偉大,就是看出了月亮是一直朝著地球「掉落」的,道理就和蘋果的掉落相同。他推論月亮與蘋果掉落的原因,都是由於地球重力在拉的結(jié)果。
掉落中的月球
牛頓又進一步發(fā)展他的想法。他比較了掉落中的蘋果與掉落中的月亮,后來牛頓了解到,如果月亮沒有朝著地球掉落的話,它將會做直線運動,最后則會脫離繞地軌道,所以他認為月亮正繞著地球而掉落(月球可是很認真的掉唷)。因此,月亮必定掉落在那條沒受到外力時應(yīng)該會走的下方。牛頓大膽地假設(shè),月球在重力的吸引下,只是一個繞著地球轉(zhuǎn)的拋體而已。至於月球的切線速度是怎么來的,可能就是在宇宙大霹靂、創(chuàng)世之時就決定了,而月球的切線速度大小將會決定它繞地球的軌道是圓形、橢圓形、拋物線、雙曲線或是撞上地球。
牛頓的萬有引力之簡單涵義
牛頓并不是發(fā)現(xiàn)了重力,他是發(fā)現(xiàn)重力是「萬有」的。每個物體都會吸引其他物體,而這股引力的大小只跟物體的質(zhì)量與物體間的距離有關(guān)。牛頓的萬有引力定律說明,每一個物體都吸引著其他每一個物體,而兩個物體間的引力大小,正比於這它們的質(zhì)量,會隨著兩物體中心連線距離的平方而遞減。牛頓為了證明只有球形體可把「球的總質(zhì)量集中到球的質(zhì)心點」來代表整個球的萬有引力作用的總效果而發(fā)展了微積分。然而不管距離地球多遠,地球的重力永遠不會變成零,即使你被帶到宇宙的邊緣,地球的重力還是會作用到你身上,雖然地球重力的作用可能會被你附近質(zhì)量巨大的物體所掩蓋,但它還是存在。不管是多小還是多遠,每一個物體都會受到重力作用,而且遍布整個太空,正如我們所說的「萬有」。
牛頓與萬有引力定律
牛頓第一定律為:一切物體總保持運速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài).
牛頓第一定律又叫慣性定律.
牛頓第二定律為:物體的加速度跟作用力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比.
牛頓第三定律為:兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在同一直線上.
萬有引力的形成原理
萬有引力是存在于任何物體之間的相互吸引力。兩個物體見的萬有引力,其大小和他們的質(zhì)量的乘積成正比,和他們的距離成反比。
—《新華字典》
人們都知道,愛因斯坦是一代物理大英雄,他在生活的幾十年中,同樣要思考這個本質(zhì)問題,為什么物質(zhì)間會有萬有引力,特別是在他的晚年,進行了力場的統(tǒng)一研究,盡管在物理科學的統(tǒng)一研究上沒有過多成績,必定是做了一定的工作,給后人的研究帶來一定的啟示。特別是愛因斯坦的相對論,為了說明物質(zhì)質(zhì)量與能量間的關(guān)系,建立了質(zhì)能方程,為了說明自然界的光速為極限速度,他假假設(shè)了自然界存在的光速度是極限速度,沒有比這個速度更大的速度,當物質(zhì)速度疊加的時候,相對速度不會超過光速,并且速度越大,物質(zhì)的質(zhì)量越大,這個系統(tǒng)稱為愛因斯坦的狹義相對論;為了說明物質(zhì)間存在萬有引力,愛因斯坦認為宇宙就相當于一個網(wǎng),一個物質(zhì)的存在,都會將這個網(wǎng)壓得變型,使物質(zhì)周圍的時空發(fā)生彎曲,從而讓另一個物質(zhì)存在相對運動的趨勢,這個運動趨勢相當于存在的這個物體對它的作用力,這個稱為廣義相對論。
愛因斯坦的相對論,非常高深,能夠聽明明白的人很少,能夠理解的人更是少之甚少。今天我們用光子是物質(zhì)的基本粒子,來進一步說明,物質(zhì)間存在萬有引力是一個很簡單的問題,它變得非常輕松,理論上容易理解。因為自然界的存在本來就是非常簡單的事,是因為人類的社會屬性,讓人類變得與自然界不同,并且由于人類的思想、聽覺、文明、文化,長期過著人類的社會生活,讓人類忘記了自然界的共同語言,讓人類失去了與自然界直接交換全面光子信息的能力,而只交換頻率范圍非常窄的光子信息,讓人類自己走上了極端,是人類自己變得復雜,反倒對自然界不容易理解。
我們知道,由光子是物質(zhì)的基本粒子來看,物質(zhì)的構(gòu)成本身沒有意義,如果物質(zhì)不能夠與環(huán)境中的其它光子信息相互作用,它就不能將自己的能量、存在形式、表達給自然界,自己就是以純暗物質(zhì)的形式存在,盡管自己的壽命表現(xiàn)為無限長久,但是對環(huán)境、對自己沒有意義,只有它不斷與環(huán)境的其它光子信息相互作用光子能量,才能將自己的能量、質(zhì)量表現(xiàn)出來,自己的光子信息才能變化,自己才能由生長到死亡,才能有自己存在的意義;這就是說任何物質(zhì),只要它存在,它就會不斷地與環(huán)境中的其它光子信息相互作用,這樣,物質(zhì)的存在,各種作用力的存在,事實上,是通過自己周圍的光子信息場完成的。
如圖所示,物質(zhì) A 存在,是物質(zhì) A 不斷與環(huán)境作用光子信息能量,而表現(xiàn)自己的質(zhì)量,當物質(zhì) B 存在的時候,由于 B 也要不斷與環(huán)境的光子信息相互作用,這 B 就不同程度地影響了 A 周圍的光子信息內(nèi)容,從宏觀的角度來看,是 B 擋住了來自 A 周圍的光子信息,改變了 A 周圍的光子信息場,從大的方面來看,是來自于左方的光子信息能量要多一些,來自于 A 的右方光子信息能量要少一些,宏觀表現(xiàn)為 B 對 A 有一個作用力,這個作用力,是所有物質(zhì)共有的,稱為萬有引力。
也可以說成是,由于 B 的存在,導致了 A 周圍的光子信息力場的形狀發(fā)生了變化,這個力場的形狀發(fā)生了變化,本來沒有 B 的時候,物體 A 是一種平衡狀態(tài),有了 B 以后,光子信息的力場發(fā)生了變化,物體 A 的作用力,由于平衡變成了不平衡,人們自然會說,這是物體 B 存在的結(jié)果,是物體 B 對 A 的作用力。