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我盡量寫得初中生能看懂吧:重力

更新時間:2024-04-02 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

要回答這個問題,你首先要明白:Zr8物理好資源網(原物理ok網)

(1)重力是如何產生的;Zr8物理好資源網(原物理ok網)

(2)地球自轉影響重力。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

初中物理中,重力是由于地球的吸引力而在地球表面附近出現的問題。 地球之所以吸引物體,顯然是由于萬有引力所致。根據萬有引力定律Zr8物理好資源網(原物理ok網)

F=frac{GMm}{R^{2}}Zr8物理好資源網(原物理ok網)

式中,G為萬有引力常數,是一個不變的量。 Mm是地球質量與物體質量的乘積,R^2是物體到地心的距離。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

那么如果萬有引力等于萬有引力,那么Zr8物理好資源網(原物理ok網)

frac{GMm}{R^{2}}=mg,Zr8物理好資源網(原物理ok網)

g=frac{GM}{R^{2}}Zr8物理好資源網(原物理ok網)

看來,既然地球可以近似地看成一個球體,那么g應該是一個常數值。 不是這種情況。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我們知道,如果物體上的合力與速度方向不同,則該物體將沿曲線移動。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

那么,如果一個物體可以做勻速圓周運動(勻速圓周運動),那么它所受的力是多少呢?Zr8物理好資源網(原物理ok網)

顯然北極重力加速度,為了使物體以勻速做圓周運動,它必須有一個指向圓心的力。 這里,在沒有證明的情況下,給出了向心力的公式 F=mfrac{4pi^{2}R}{T^{2}}。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

T是物體的旋轉周期,R是物體到旋轉軸的距離。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我們知道,如果地球自轉,物體就必須隨地球一起轉動,而自轉需要向心力。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

那么從公式F=mfrac{4pi^{2}R}{T^{2}}可以看出,物體距離旋轉軸越遠,需要的向心力越大。 赤道面上的物體到地軸的距離明顯大于其他地方到地軸的距離,因此其自轉所需的向心力更大,而向心力只能由重力提供。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

因此,除極地地區外,地球表面的其他地方都不同程度地受到地球自轉的影響,導致萬有引力具有維持物體隨地球自轉的分量。 并且留給重力的分力變小。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

地球自轉的影響在不同的緯度是不同的,因為不同緯度的物體距地軸的距離不同,所以不同地區的g是不同的。 極地R=0,因此不受地球自轉影響,g最大。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我們還注意到g=frac{GM}{R^{2}}北極重力加速度,R是物體到地心的距離,因此海拔越高g會越小。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

事實上,力是一個矢量,它的合成和分解并不是那么簡單。 像上面直接討論是不嚴謹的。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我們把g稱為重力加速度,接下來我會從更高的角度來討論這個問題。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

原文是我的專欄Zr8物理好資源網(原物理ok網)

高中的每個人都知道重力加速度。 其實大家早在初中就開始接觸這個東西了。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

重力公式G=mgZr8物理好資源網(原物理ok網)

式中,G為問題上的重力,m為物體的質量,g被認為是初中重力與質量的比值,常取9.8N/kg或10N/kg 。 不同緯度g的大小不同,但差別不大。 高中時物體做自由落體運動的加速度稱為自由落體加速度,也稱為重力加速度。 常取9.8m/s2或10m/s2。 不同緯度g的大小不同,但差別不大。 細心的同學在學習自由落體運動時會立即發現,這不就是G=mg的g嗎? 然后當我學習相互作用的時候,我發現好像是這樣的,當我學習牛頓第二定律的時候,我發現確實是這樣的。 第二門必修課學習萬有引力時,會教你推導g。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

【本次討論的前提是物體處于地球表面高度為0的位置】忽略地球自轉時,認為物體對地球表面所施加的萬有引力等于萬有引力。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

GMm/R2=毫克Zr8物理好資源網(原物理ok網)

g=GM/R2①Zr8物理好資源網(原物理ok網)

式中,G為萬有引力常數,M為地球質量,R為地球半徑。常乘以R2,變為Zr8物理好資源網(原物理ok網)

GM=gR2 稱為黃金替代(你看不到黃金在哪里)Zr8物理好資源網(原物理ok網)

但是,地球會自轉,自轉時會有離心慣性力。 重力是萬有引力和離心慣性力的合力。 換句話說,萬有引力必須有一個分量來提供物體跟隨地球自轉所需的向心力。 兩種表達方式都很好。 當兩極與地軸距離為零時,由于an=mω2r=0,離心慣性力消失,萬有引力等于重力。 此時,g=GM/R2。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

在赤道處,重力一部分提供向心力,一部分變成重力,g=GM/R2-4π2R/T2②Zr8物理好資源網(原物理ok網)

現在我們要計算任意緯度的重力加速度。 所謂緯度,就是地球表面某一點到地心的連線與赤道所在平面的夾角。 這個角度就是該點的緯度。假設某點的緯度為θ,地球自轉周期為T,半徑為R,那么受力分析如圖Zr8物理好資源網(原物理ok網)

由余弦定理Zr8物理好資源網(原物理ok網)

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討論:當θ=0(在赤道處)時,cosθ=1。 根據完全平方公式,g=GM/R2-4π2R/T2,與式②相同。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

當θ=90°時,cosθ=0,g=GM/R2,與式①相同。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我們來驗證一下是否正確。 取G=6.-11N·m2/kg2,M=5.,R=,令θ=45°,代入式③(見圖),可得g=9./s2Zr8物理好資源網(原物理ok網)

事實上,θ=45°時得到的重力加速度值就是標準值。 g的標準值為9.80665 m/s2,計算值與實際值相差近0.02m/s2。兩極點和赤道分別計算Zr8物理好資源網(原物理ok網)

g極=9./sZr8物理好資源網(原物理ok網)

2gred=9./s2Zr8物理好資源網(原物理ok網)

實際結果是g極=9.832m/s2,g紅=9./s2Zr8物理好資源網(原物理ok網)

錯誤從何而來? 讓我們回憶一下高中地理必修課——地球的形狀。 地球不是一個完美的球體,而是一個不規則的球體,兩極稍微扁平,赤道稍微凸出。 地球的平均半徑為6371公里,最大周長約為4萬公里。 地球的平均赤道半徑為6378.38公里,極地半徑為6356.89公里。 公里。 測量還發現,北極地區高約18.9米,而南極地區低24至30米。 我們將地球通過地軸的橫截面視為一個橢圓,則其長半軸a=,短半軸b=,橢圓的參數方程可寫為Zr8物理好資源網(原物理ok網)

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改寫方程③Zr8物理好資源網(原物理ok網)

引入θ=45°和其他數據,我們得到g=9./s2。 誤差僅為0.005m/s2,比以前小很多。 讓我們計算一下北極和赤道處的重力加速度。 值得注意的是,北極地區高約18.9米,而南極地區低24至30米。 因此計算北極重力加速度時必須加上18.9m。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

結果是 g 北極 = 9./s2,g 赤道 = 9./s2。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

與實際g極=9.832m/s2相比,g紅=9./s2Zr8物理好資源網(原物理ok網)

誤差變小了,但是結果還是太大了。 我認為原因是地球的質量分布不均勻,導致質心與地球的幾何中心不重合。 也有可能數據中地球的質量太大。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

我又想,是否根據高斯定理,地球大氣層的引力對引力加速度(引力場強度)沒有貢獻,導致結果偏大。 我估算了大氣層的質量,發現比地球總質量小6個數量級,可以納入地球質量的誤差范圍。 所以猜想不成立。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

萬有引力常數的測量迄今為止精度還不是很高,所以我們一般都會忽略它。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

總結:物理理論就是這樣發展起來的,一步步接近實際情況。 在誤差容忍范圍內,物理模型可以非常簡化。 但為了更接近真實情況,一些簡單的理論可能并不適用。Zr8物理好資源網(原物理ok網)

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