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关于牛顿引力定律的问题?

来源:N       更新时间:2010-4-20
 
牛顿引力定律讲,
一个恒星的引力只是一个类似恒星在距离小一半时的引力的4分之1
这句话是什么意思?

 

在天文学方面,1672年牛顿创制了反射望远镜;他还解释了潮汐的现象,指出潮汐的大小不但同朔望月有关,而且与太阳的引力也有关系;另外,牛顿从理论上推测出地球不是球体,而是两极稍扁、赤道略鼓,并由此说明了岁差现象等。
在物理学上,牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作,建立了三条运动基本定律和万有引力定律,并建立了经典力学的理论体系。在数学上,牛顿创立了“牛顿二项式定理”,并和莱布尼兹几乎同时创立了微积分学。在光学方面,牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成,并制成“牛顿色盘”;关于光的本性,牛顿创立了光的“微粒说”。
在牛顿的著作《自然科学原理》中,他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。
牛顿对人类的贡献是巨大的,正如恩格斯所说:“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学;由于进行了光的分解,而创立了科学的光学;由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学;由于认识了力的本质,而创立了科学的力学”。为纪念牛顿的贡献,国际天文学联合会决定把662号小行星命名为牛顿小行星

 

在天文学方面,1672年牛顿创制了反射望远镜;他还解释了潮汐的现象,指出潮汐的大小不但同朔望月有关,而且与太阳的引力也有关系;另外,牛顿从理论上推测出地球不是球体,而是两极稍扁、赤道略鼓,并由此说明了岁差现象等。
在物理学上,牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作,建立了三条运动基本定律和万有引力定律,并建立了经典力学的理论体系。在数学上,牛顿创立了“牛顿二项式定理”,并和莱布尼兹几乎同时创立了微积分学。在光学方面,牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成,并制成“牛顿色盘”;关于光的本性,牛顿创立了光的“微粒说”。
在牛顿的著作《自然科学原理》中,他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。
牛顿对人类的贡献是巨大的,正如恩格斯所说:“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学;由于进行了光的分解,而创立了科学的光学;由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学;由于认识了力的本质,而创立了科学的力学”。为纪念牛顿的贡献,国际天文学联合会决定把662号小行星命名为牛顿小行星

 

万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适万有引力定律表示如下:
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。
万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。是物体(质点)间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。
是牛顿在前人(开普勒、胡克、雷恩、哈雷)研究的基础上,凭借他超凡的数学能力证明,在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。
在高中阶段主要是用了简化的思想,把行星运动轨道由椭圆简化为圆下证明。
具体证明可以参考《普通高中课程标准实验教科书》物理高一第六章万有引力定律p97-107或《普通高中课程标准实验教科书》物理高一必修2教材p36-37。
定律内容:
自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小与两物体的质量的乘积成正比,与两物体间距离的平方成反比。
公式表示:
f=g*m1m2/(r*r)(g=6.67259×10^-11n?m^2/kg^2)可以读成f等于g乘以m1m2除以r的平方商
f:两个物体之间的引力
g:万有引力常数
m1:物体1的质量
m2:物体2的质量
r:两个物体之间的距离
依照国际单位制,f的单位为牛顿(n),m1和m2的单位为千克(kg),r的单位为米(m),常数g近似地等于6.67×10^-11n*m^2*kg^?2(牛顿米的平方每千克的平方)。
可以看出排斥力f一直都将不存在,这意味着净加速度的力是绝对的。(这个符号规约是为了与库仑定律相容而订立的,在库仑定律中绝对的力表示两个电子之间的排斥力。)
意义:
万有引力定律的发现,是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来,对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了(自然界中四种相互作用之一)一种基本相互作用的规律,在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。
万有引力定律揭示了天体运动的规律,在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法,可以只凭少数观测资料,就能算出长周期运行的天体运动轨道,科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现,都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。利用万有引力公式,开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律,对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动,也成功的做了说明。
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,即。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^2orms^?2)。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。
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
: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:

 

万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适万有引力定律表示如下:

任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。

牛顿定律的局限性
当牛顿非凡的工作使万有引力定律能够为数学公式所表示后,他仍然不满于公式中所隐含的“超距作用”观点。他从来没有在他的文字中“赋予产生这种能力的原因”。在其它情况下,他使用运动的现象来解释物体受到不同力的作用的原因,但是对于引力这种情况,他却无法用实验方法来确认运动产生了引力。此外,他甚至还拒绝对这个由地面产生的力的起因提出假设,而这一切都违背了科学证据的原则。

牛顿对引力的发现埋葬了“哲学家至今仍在愚蠢地试图探索自然”(philosophershavehithertoattemptedthesearchofnatureinvain)这句所谓的真理,就同他深信着的“有各种因素”使得“各种迄今未知的原因”是所有“自然现象”的基础。这些基本的现象至今仍在研究中,而且,虽然存在着许多种的假设,最终答案仍然没有找出。虽然爱因斯坦的假设的确比牛顿的假设更能精确地解释确定案例中万有引力的作用效果,他也从来没有在他的理论中为这种能力赋予一个原因。在爱因斯坦的方程式中,“物质告诉空间怎么扭曲,空间告诉物质怎么移动”(mattertellsspacehowtocurve,andspacetellsmatterhowtomove),但是这个完全异于牛顿世界的新的思想,也不能使爱因斯坦所赋予“产生这种能力的原因”比万有引力定律使牛顿所赋予的原因更能使空间产生扭曲。牛顿自己说:

我还没有能力去从现象中发现产生这些引力特性的原因,而且我无法臆测……我所解释的定律和丰富的天体运动的计算已经足够于说明引力的确存在并能产生效果。一个物体可以不通过任何介质穿过真空间的距离对另一个物体产生作用,在此之上它们的活动和力可以传送自对方,这对于我来说简直就是一个天大的谬论。因此,我相信,任何有足够的哲学思维能力的人都不会沉溺于此。
ihavenotyetbeenabletodiscoverthecauseofthesepropertiesofgravityfromphenomenaandifeignnohypotheses...itisenoughthatgravitydoesreallyexistandactsaccordingtothelawsihaveexplained,andthatitabundantlyservestoaccountforallthemotionsofcelestialbodies.thatonebodymayactuponanotheratadistancethroughavacuumwithoutthemediationofanythingelse,byandthroughwhichtheiractionandforcemaybeconveyedfromoneanother,istomesogreatanabsurditythat,ibelieve,nomanwhohasinphilosophicmattersacompetentfacultyofthinkingcouldeverfallintoit.
如果科学最终能够发现引力产生的原因的话,牛顿的希望也将最终被实现。

(本段涉及英文原文的解释,您可以跳过不阅读)需要注意的是,这里使用的单词“原因(cause)”并不是“起因(cause)和影响”或者“被告导致(cause)受害者死亡”中所表示的意义。何况,当牛顿使用单词“原因(cause)”时,他(明显地)意指为一种“解释”。或者说,像“牛顿学说的引力是行星运动的原因”这个短语的意思就是牛顿学说的引力解释了行星的运动。参看条目因果。

 

当然了,

卡文迪许测引力常数时,就用身边的物体,

此定律有普适性

 

说明牛顿的引力定律在太空方面也管用。

 

f=g*m1m2/(r*r)
其它条件不变,距离变成r/2,引力就是4f

 

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