摘 要: 位于地球表面的物體所受到的重力,是一個(gè)實(shí)際上并不真實(shí)地存在著的力。因?yàn)樗瓤煽醋鍪堑厍驅(qū)υ撐矬w的萬(wàn)有引力的分量,也可看做是地球?qū)υ撐矬w的萬(wàn)有引力與該物體在克服伴隨地球自轉(zhuǎn)而作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的離心力二者的合力。所以,從根本屬性上講,重力不是像彈力、摩擦力那樣,是一種具有特定施力者與受力者的力,而是像維持物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力一樣,是根據(jù)作用效果來(lái)命名的力,它只是一種由實(shí)際存在的力派生出來(lái)的假想力。
關(guān)鍵詞: 重力 屬性 重新認(rèn)識(shí)
現(xiàn)行高中《物理》教材明確指出:“向心力并不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為具有某種性質(zhì)的力來(lái)命名的。它是根據(jù)力的作用效果命名的?!保郏保菸艺J(rèn)為這一結(jié)論需要進(jìn)一步推敲,因?yàn)閺母緦傩陨现v,重力和向心力完全一樣,也是一個(gè)實(shí)際上并不真實(shí)地存在著的力。這樣講的主要依據(jù)是:由于受地球自轉(zhuǎn)的影響,位于地球表面的物體,它所受到的重力與地球?qū)λ奈Χ咧g,存在著以下兩種情形中某一種情形的本質(zhì)性的區(qū)別。
第一種情形:地面上的物體所受到的重力,是地球?qū)λ娜f(wàn)有引力的分量[2]。
持這種情形看法的學(xué)者認(rèn)為:在地球表面上的任何物體,它所受到的地球的萬(wàn)有引力F,都被分解成了該物體所受到的重力G和維持其隨地球自轉(zhuǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力P,如圖1所示。
其中,F(xiàn)=G′?搖?搖?搖?搖P=mrω
G′為萬(wàn)有引力常量,M為地球的質(zhì)量,m為物體的質(zhì)量,R為地球的半徑,r為物體所在緯度緯線圈的半徑,ω為地球自轉(zhuǎn)的角速度。
進(jìn)一步聯(lián)想可知:當(dāng)物體位于地球的赤道上時(shí),萬(wàn)有引力F、向心力P、物體所受到的重力G三者重合在一條直線上,且均指向地球的中心,此時(shí)因r=R,向心力P達(dá)到最大值,等于mRω。所以,物體所受到的重力G的值最小,為G=F-P=G′-mRω;當(dāng)物體由赤道向南、北兩極移動(dòng)時(shí),向心力P的值逐漸減小,其所受到的重力G的值則逐漸增大;當(dāng)?shù)竭_(dá)南、北兩極時(shí),向心力P的值減小為0,此時(shí)物體所受到的重力G的值最大,等于地球?qū)λ娜f(wàn)有引力F的值。
第二種情形:地面上的物體所受到的重力,是地球?qū)λ娜f(wàn)有引力與該物體克服其自身在伴隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)所具有的離心力的合力[3]。
持這種情形看法的學(xué)者認(rèn)為:在地球表面上的任何物體,一方面要受到地球的萬(wàn)有引力F的作用。另一方面,由于其自身隨地球自轉(zhuǎn)而在不自覺(jué)地作勻速圓周運(yùn)動(dòng),它同時(shí)還會(huì)因自身的慣性而受到離心力Q的作用。所以,位于地球表面的物體所受到的重力G,是其受到的地球的萬(wàn)有引力F和自身因慣性存在而具有的離心力Q二者的合力,如圖2所示。
其中,F(xiàn)=G′?搖?搖?搖?搖Q=mrω
由此,我們可清楚地看出:位于地球表面上的物體,其所受到的重力與地球?qū)λa(chǎn)生的萬(wàn)有引力之間,始終都相差著因其要隨地球自轉(zhuǎn)不得不作勻速圓周運(yùn)動(dòng)而存在的向心力或者離心力。
據(jù)此,可以進(jìn)一步推論:假如一個(gè)物體位于地球表面附近,但它不跟隨地球一起繞地軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),而是獨(dú)立于地球之外,且始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。那么,該物體所受到的重力就完全等同于地球?qū)λa(chǎn)生的萬(wàn)有引力。因?yàn)檫@時(shí)不存在向心力或者離心力。事實(shí)上,這也就是物體位于被成功地發(fā)射了的在軌人造地球衛(wèi)星表面時(shí)的情況。此時(shí),地球?qū)υ撐矬w的萬(wàn)有引力,完全變成了該物體隨人造地球衛(wèi)星一起繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的向心力。
總之,無(wú)論是被作為地球?qū)ζ洚a(chǎn)生的萬(wàn)有引力的分量,還是被作為地球?qū)ζ洚a(chǎn)生的萬(wàn)有引力與其自身因隨地球自轉(zhuǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)而具有的離心力二者的合力,位于地球表面的物體所受到的重力,都是和勻速圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力具有相同性質(zhì)的力。它是根據(jù)其作用效果——導(dǎo)致位于地球表面上、隨地球自轉(zhuǎn)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有了重量這一結(jié)果出現(xiàn)——來(lái)命名的,它不是現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)存在著的、具有特定的施力者和受力者的一種實(shí)際的力,而是一種由實(shí)際存在的力派生出來(lái)的假想力。
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