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《柯南之改變》第五十章 錯誤的萬有引力上
  這人啊,真是不作就不會死。。。

  在林子裡我還遇到了大棕熊,當時我絕對沒有立即逃跑,而是勇敢的用蛛網把它纏起來,再跑,我剛把他鏟地和繭一樣,它立刻就破開一個角,天啊,這是紡織品吧,隨之後,我就被打飛了.
  現在的狀態出於被志保精心照料中.
  我可能上了假的中學.
  萬有引力不是這麽玩的,絕對不是,我被打飛落地時間沒有之前快了。

  在物理學上,萬有引力是指具物體之間加速靠近的趨勢。萬有引力是自然界的四大基本相互作用之一,另外三種相互作用分別是電磁相互作用、弱相互作用及強相互作用。萬有引力是上述相互作用中作用力最微弱的,但是在超距上萬有引力仍然具有較大吸引力的作用。在經典力學中,萬有引力被認為是超距作用。在廣義相對論上,萬有引力來源於存在質量對時空的扭曲。。在量子引力中,引力微子被假定為重力的傳送媒介。前不久一項實驗推翻了引力場存在的猜測。

  地球的吸引作用使附近的物體向地面下落。萬有引力是太陽系等星系存在的原因;沒有萬有引力天體將無法相互吸引形成天體系統。萬有引力的作用呢,同時也使地球和其他天體按照它們自身的軌道圍繞太陽運轉,月球按照自身的軌道圍繞地球運轉,形成潮汐,以及其他我們所觀察到的各種各樣的自然現象。萬有引力是使物體獲得重量的因素,隨之與,但是我絕對是個特例。

  施力物與受力物

  在近似情況下可以認為,重力的施力物體是地球,受力物體是地球上或地表附近的物體。

  重力的大小和方向
  由於地球的吸引而使物體受到的力,叫做重力。方向總是豎直向下,不一定是指向地心的(只有在赤道和兩極指向地心)。地面上同一點處物體受到重力的大小跟物體的質量m成正比,同樣,當m一定時,物體所受重力的大小與重力加速度g成正比,用關系式G=mg表示。通常在地球表面附近,g值約為9.8N/kg,表示質量是1kg的物體受到的重力是9.8N。(9.8N是一個平均值;在赤道上g最小,g=9.79N/kg;在兩極上g最大,g=9.83N/kg。N是力的單位,字母表示為N,1N大約是拿起兩個雞蛋的力)
  重力並不等於地球對物體的引力。由於地球本身的自轉,除了兩極以外,地面上其他地點的物體,都隨著地球一起,圍繞地軸做近似勻速圓周運動,這就需要有垂直指向地軸的向心力,這個向心力只能由地球對物體的引力來提供,我們可以把地球對物體的引力分解為兩個分力,一個分力F1,方向指向地軸,大小等於物體繞地軸做近似勻速圓周運動所需的向心力;另一個分力G就是物體所受的重力。其中F1=mrw^2(w為地球自轉角速度,r為物體旋轉半徑),可見F1的大小在兩極為零,隨緯度減少而增加,在赤道地區為最大F1max。因物體的向心力是很小的,所以在一般情況下,可以近似認為物體的重力大小等於萬有引力的大小,即在一般情況下可以略去地球轉動的影響。其中引力的重力分量提供重力加速度,引力的向心力分量提供保持隨地球自轉的向心加速度。

  重力大小可以用測力計測量,靜止或勻速直線運動的物體對測力計的拉力或壓力的大小等於重力的大小。

  也就是說我摔下來活該
  不過至少我在組織裡的學業沒白學。

  物體的各個部分都受重力的作用。但是,從效果上看,我們可以認為各部分受到的重力作用都集中於一點,這個點就是重力的等效作用點,叫做物體的重心(centerofgravity)。

  重心的位置與物體的幾何形狀及質量分布有關。形狀規則,質量分布均勻的物體,其重心在它的幾何中心,例如粗細均勻的棒的重心在他的中點;球的重心在球心;方形薄板的重心在兩條對角線的交點。地球對物體的重力,好像就是從重心向下拉物體。若用其他物體來支持著重心,物體就能保持平衡。但是重心的位置不一定在物體之上。可以用懸掛法來確定。

  質量分布不均勻的物體,重心的位置除跟物體的形狀有關外,還跟物體內質量的分布有關。載重汽車的重心隨裝貨多少和裝載位置而變化,起重機的重心隨著提升物體的重量和高度而變化。

  重心位置在工程上有相當重要的意義。例如起重機在工作時,重心位置不合適,就容易翻倒;高速旋轉的輪子,若重心不在轉軸上,就會引起激烈的振動。增大物體的支撐面,降低它的重心,有助於提高物體的穩定程度。

  超重與失重

  超重:物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)大於物體所受重力的現象叫做超重。

  失重:物體對支持物的壓力(或對懸繩的拉力)小於物體所受重力的現象叫做失重。

  重力概念需要提升、拓廣和加深
  不是只有萬有引力是使物體獲得重量的因素!物體相對於慣性系加速運動,在非慣性系下“出現”的慣性力也是使物體獲得重量的重要因素。

  物體隨地球自轉的加速運動的加速度,使物體的重力小於萬有引力。物體的這個加速度與物體做其他形式運動的加速度在本質上有區別嗎?沒有!所以物體做任何形式的加速運動的加速度,應該都能決定物體獲得重量的大小。

  因此,在非慣性系下讓慣性力與萬有引力共同參與重力的計算,能體現加速度在這裡的影響。

  重力應該是萬有引力與慣性力共同作用的合力。

  在沒有萬有引力可利用的情況下,慣性力可以獨立使物體獲得重量。如人造衛星中宇航員已經完全失重,讓衛星自轉,達到一定轉速,宇航員可以獲得類似在地球上的體重。這是原重力定義無法解釋的。

  重力是力學中最重要、最基本的概念之一。但是,國內外各種課本及參考書對重力概念的定義不盡一致,基本上是以下5類:
  1.“物體由於地球的吸引而受到的力。”

  2.“地球對地球表面附近物體的引力稱重力。”[1]
  3.“質點以線懸掛並相對於地球靜止時,質點所受重力的方向沿懸線且豎直向下,其大小在數值上等於質點對懸線的拉力。"
  “實際上,重力就是懸線對質點拉力的平衡力。”

  “物體在地球表面附近自由下落時,有一豎直方向的加速度g,產生此加速度的力稱為重力。”

  4.靜止在地面上的物體,所受重力是地球對物體的萬有引力的不能產生加速度的那個分力,能產生加速度的作用效果全部分給另一個分力,即物體隨地球自轉所需要的向心力。[2]
  5.“地面附近一切物體都受到地球的吸引,由於地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。”[3]
  以上5類定義中,第1、2、3類是在不同情況下做近似研究時使用的。第5類定義為了適應低難度的要求,隻輕輕地觸動了一下重力的邊沿,讀者只能看到重力模糊不清的形象。第4類是在慣性系下建立起來的,意義雖然狹窄但是確切。

  第4類定義能揭示重力的生成所需要的兩個並列條件,一個是物體受萬有引力,另一個是物體加速運動。第4類定義可以成為諸定義的代表,在後面的敘述中稱為“重力原定義”。下面是重力原定義的示意圖,展示了重力F重、萬有引力F引和向心力F向之間的關系:

  地球吸引力

  地球吸引力

  需要注意的是,以上這幾類定義有著共同的缺陷:
  ①隻適用於地面附近這個范圍。因為定義是在地面附近建立起來的,不能隨便應用到離地面更遠的空間,更不能隨便用到宇宙空間。但是在月球、火星等外星上或飛往太空路上的飛船上,都離不開研究物體在那裡的重力。

  ②即使在地面附近,求物體的重力時,也隻考慮了地球對物體的萬有引力和物體隨地球自轉的向心力,卻沒有考慮太陽、月亮及其他星球對物體的萬有引力還有物體隨地球繞太陽公轉的向心力等,這是不能被人接受的。

  爭議
  重力是所有物理量中,唯一能有眾多版本同時存留至今的物理量,這種現象不一般。這說明重力定義的確立存在相當大的困難。像萬有引力、彈力、摩擦力這些力學中的物理量,還有熱學、光學、電學、原子物理學中的各種物理量的定義都確立了單一的精準版本。

  重力定義沒有一個版本能排除其他版本的存在,而在力學中獨佔其位。確立重力定義的艱難使得有關重力的討論不得不被眾人遠遠地回避。這種身邊科學比高深科學還難搞明白的現象,不符合人對自然界的認識規律。

  重建原因
  象萬有引力、彈力、摩擦力還有電場力、磁場力等,這些力都是客觀存在的真實力,它們的定義是在無數次實驗的基礎上建立起來的,又經過無數次實驗證明了它們的正確性。但是重力定義的建立卻沒有這些過程。重力是在已經存在的理論基礎上,經過科學思維,人為地想象出來的虛擬力。跟那些實際力定義的誕生完全不一樣。這就是重力定義多次重建的內在因素。

  既然重力定義是人為想象出來的,那麽重力的定義也可以人為地改變。萬有引力、彈力、摩擦力等那些真實力沒有這麽隨便。

  新版本

  2012年在力學界出現了重力第6類定義的新版本,重力第6類定義是:在靜力學范圍內,以放置物體的支持物或物體自身為非慣性參照系,物體所受各萬有引力與各慣性力的合力叫重力。下面對新定義做深入說明:

  1.物體所受來自外星球的萬有引力和與之對應的慣性力相互抵消。

  以天體自身為非慣性系,在宇宙中,被看成質點的天體,或相對於天體極小的人造天體、關閉發動機的飛行器等,都是被視為質點的“天體質點”,它們在軌道上運行著。因為天體質點不受萬有引力以外的其他種類的力如支持力、發動機的推動力的約束,所以某天體所受另一天體的萬有引力會全部用來產生該天體的加速度,且對應出一個慣性力。因為此慣性力大小等於該天體的加速度大小與該天體質量的乘積,而來自另一天體的萬有引力的大小也等於這個乘積,而此慣性力的方向與此萬有引力方向相反,所以另一天體對該天體的萬有引力和與其產生的加速度對應的慣性力相互抵消。這樣來自另一天體的萬有引力全部用來產生該天體的加速度的力,就沒有使該天體獲得重量的作用效果了。

  把宇宙中天體視為質點之後,物體的運動軌跡和動力學規律與所在天體相同,就有理由把物體和所在天體視為在同一軌道上運行的兩個天體。所以來自其他天體對物體的萬有引力也能和與其產生的加速度對應的慣性力相互抵消。物體沒有從來自其他天體的萬有引力那裡獲得重量。

  2.物體所在星球對物體的萬有引力和與之對應的慣性力不能相互抵消
  物體所在星球對物體的萬有引力,不能再和與之對應的慣性力抵消。因為所在星球表面對物體存在著支力的約束,所在星球對物體的萬有引力就不能全部用來產生物體的加速度了,只有一部分產生加速度(隨星球自轉的向心加速度),另一部分使物體獲得重量。

  後面將經常遇到像第1條和第2條這樣的問題,不再詳細說明。

  3.在新定義下地面上物體所受重力的矢量表達式(在其他天體上有相同的推導過程)

  在新定義下以地面為非慣性系,利用力的平衡原理可以較嚴密地推導出地面上物體所受重力的矢量表達式。(統一用F代表萬有引力,f代表慣性力,G代表重力,N代表支力。黑體字母代表的是矢量,下面進行的是矢量運算)

  放在支持物上的物體受到地球的萬有引力F地,還有太陽的萬有引力F太,月球的萬有引力F月,及其他星球的萬有引力。還有因地球自轉而存在的慣性力f地、太陽的萬有引力(使物體隨地球繞太陽公轉)對應的慣性力f太、月球的萬有引力對應的慣性力f月,及其他星球的萬有引力對應的各慣性力。還有地面的支力N地,等等。所有這些力相互平衡,就有:
  F地+F太+F月+…+f地+f太+f月+…+N地=0
  因為除地球外,太陽、月球及其他星球的萬有引力都和與之對應的慣性力相互抵消,經過整理得出:-
  N地=F地+f地①
  因為地面的支力N地與物體受的重力G相互平衡所以有:
-
  N地=G②

  把②式代入①式得:

  G=F地+f地③
  ③式就是在新定義下地面物體所受重力的矢量表達式。此式表示出,物體所受重力等於地球的萬有引力和與物體隨地球自轉的向心加速度對應的慣性力的合力。

  可以看出在地面附近求重力時,太陽、月球及其他星球的萬有引力不參加運算也是正確的。

  4.新定義與原定義是等效的,原定義是新定義的一個特例

  可以證明新定義與“在慣性系下,重力是地球對物體的萬有引力的分力,另一個分力是向心力。”這個原定義是等效的,只是新定義選用了非慣性系。

  由新定義可知,地面物體所受重力的矢量表達式是:

  G=F地+f地①
  慣性系下的原定義是:地球的萬有引力F地等於物體隨地球自轉需要的向心力F向和物體所受重力G的合力。其表達式是:

  F地=F向+G②,此式整理後是
  G=F地-F向③
  因為物體隨地球自轉所需要的向心力F向的大小,等於與此向心力對應的慣性力f地的大小,而它們的方向相反,即-
  F向=f地,代入③式得

  G=F地+f地,此式與①式相同。

  所以新定義的①式與原定義的②式是等效的。

  在下面的示意圖中,還可以用幾何方法證明新定義與原定義是等效的。

  然後並亂。

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