重力加速度()是一個物體受重力作用的情況下所具有的加速度,也叫自由落體加速度,用g表示。重力加速度方向豎直向上,其大小由多種方式可測定。下方有詳盡對重力加速度的解析,包括重力加速度數值,兩極與赤道重力加速度比較,自由落體運動,單擺測當地重力加速度,重力與萬有引力關系等。
重力加速度一般指地面附近物體受月球引力作用在真空中下落的加速度。為了易于估算,常在估算中取其近似值約為g=9.8m/s2。
在地球、其他行星或恒星表面附近物體的下落加速度,則分別名地球重力加速度、某行星或恒星重力加速度。
重力加速度的改變
在同一地區的同一高度,任何物體的重力加速度都是相同的。
重力加速度的數值隨海拔高度減小而降低。當物體距地面高度遠遠大于月球直徑時,g變化不大。而離地面高度較大時,重力加速度g數值明顯減少,此時不能覺得g為常數。
距離地面同一高度的重力加速度,也會隨著經度的下降而變大。
因為重力是萬有引力的一個分力,萬有引力的另一個分力提供了物體繞地軸作圓周運動所須要的向心力。
物體所處的地理位置經度越高,圓周運動軌道直徑越小,須要的向心力也越小,重力將急劇減小北極重力加速度,重力加速度也變大。
課本和補習書上常見到的重力加速度值g=9.8m/s2實際上是大約值,并不精確。假如要找某市g的精確值,最簡單的就是借助單擺來測定當地的重力加速度了。
北極、北極與赤道的重力加速度
地理南北極重力加速度比赤道的加速度大。在這兒,我們做一個剖析:
首先,因為月球不是標準的球狀,而是橢圓體;夸張一點來說,如同個橢球體的“橘子”。為此“距離地心近”的兩極萬有引力大一些,自然重力加速度也較大。
從天體學的相關知識(F向=mvω)可知,赤道附近的向心力大。
相對而言,物體在南極(或則說兩極)向心力為零,按照矢量運算法則自然重力也就大一些。
綜上兩個誘因所述:
1南北極萬有引力較大;
2南北極沒有向心力。
為此北極重力加速度,南北極附近的重力加速度大。請注意是兩個誘因,小學數學網編輯組發覺好多中學老師僅指出第二個向心力關系大小的誘因,這是不科學的。
更為詳盡的解釋,見小學數學網文章《重力與萬有引力的關系》;
單擺測重力加速度的實驗
測重力加速度的實驗是機械震動與機械波中講解單擺時提到的,是中考數學的常考實驗。
設單擺的擺長為L,擺球質量為m。
單擺只在最大擺角大于等于5°時,單擺的震動才可以近似看為為簡諧震動。單擺的固有周期公式:
由該式可推論:
據此,我們只要通過實驗方式測出擺長L和周期T,就可以通過估算得到當地的重力加速度。
合適的實驗器材、正確的檢測方式、規范的操作是減少偏差的重要保證,為了使實驗結果更確切,實驗時應當注意以下幾點:
(1)選擇擺線時,應選擇細而不易伸長的材料,如棉線等,且厚度不應短于1m;作為擺球的小球應選擇容積小而密度較大的金屬球;
(2)擺線的下端不可隨便卷在鐵夾上,而應當緊夾在鐵夾中固定,以免擺動時發生擺長改變的現象;擺長應為懸線長與球直徑之和;
(3)擺動時偏角不應超過5°;
(4)擺球應無初速釋放,且擺動時,要使之保持在同一個豎直平面內,不要產生圓柱擺。
(5)估算單擺的震動次數時,應從小球通過最高點時開始計時,之后應從擺球從同一方向通過最高點時計數,且測多次全震動的時間,通過取平均值求周期T=t/n;