重力加速度原理


重力加速度原理

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在天体运动的学习中,常遇到重力加速度的问题 。
重力加速度通常指地面附近物体在地球引力作用下,在真空中下落时的加速度,记为g 。
为了便于计算,其近似标准值通常取为9.8米/秒2 。
我们知道重力加速度与纬度和离地面的高度有关,但与别的因素有没有关系呢? 。
先看几个有趣的问题 。
1.当物体随地球自转时,物体受到的万有引力等于重力与物体随地球自转的向心力的合力 。
只是向心力很小,常忽略 。
若地球转速加快,物体会飘起来,则物体所受的万有引力等于物体在此位置的重力,同时也作为物体的向心力 。
两种情况比较,万有引力不变,向心力变大,则重力应变小,结果是重力变大,等于万有引力 。
应如何解释? 。
2.物体在赤道上随地球自转时的失重问题 。
此时,用分解法理解:物体受到的万有引力等于重力加向心力 。
用合成法理解:物体受到的万有引力与地面的支持力的合力为物体所需的向心力 。
两种对比,此时物体受到的重力应等于地面对物体的支持力,与失重现象不符合,如何解释? 。
其实物体做圆周运动时需要向心力,如果做的是匀速圆周运动的话,是合外力提供的向心力 。
物体在地球上,受到万有引力和地面的弹力两个力,是这两个力的合力提供了向心力,而重力与弹力(支持力)是一对平衡力,所以是两个力的合力,即万有引力的一个分力来提供向心力 。
但是如果自转加快需要的向心力变大,离开地面前,则在此过程中弹力一直在减小,所以仍然不违背合外力提供向心力的结论 。
只不过弹力逐渐变小,弹力和万有引力的合力逐渐变大 。
到最后对地面没有压力了,不就是完全失重了吗? 。
这样的解释得到重力加速度与地球的自转速度是无关的 。
但是在教学中教师都说,在不考虑地球自转的情况下,物体的重力等于万有引力 。
即G
那要是考虑地球自转不就是不等了吗?也就是说地球自转是影响重力加速度的 。
这不矛盾吗? 。
3.地球表面上,运动物体的重量会变化吗? 。
汽车在公路上以一定速度行驶,重量会变化? 。
假设有一条沿着地球赤道铺设的轨道 。
有一列火车按一定的速度在轨道上,自西向东行驶,那么这列火车的重量是减轻了还是加重了?或者这个火车上装的货物是轻了,还是重了?这个想法有点天方夜谭,我们没办法称量运动中火车的重量,但是作为一个有趣的想法,我们可以讨论这个火车上装的货物的重量变化情况 。
在赤道上,万有引力=向心力+重力,因此,如果物体的运动方向和地球的自转方向相同,类似于地球好像转快了,物体受到向心力分力会加大 。
但是物体在地球上受到的万有引力是一定的,向心力的加大,也必然会导致物体所受的重力减小 。
向心力的计算公式为: 。
从公式可以看出重力加速度与物体的运动速度有关 。
速度低时减轻的重量很微弱 。
只有在速度很大时,这种失重的变化才会很明显 。
如果火车由东向西开,和地球自转方向相反,一开始重量会增加,是不是一直会增加下去?不会的,根据表达式,当速度和地球自转速度相等时,重量达到最大值,然后逐渐减小 。
因为我们已经讨论过地球纬度对静止物体重力的影响,即随着纬度增高,重力加速度变大 。
综合以上观点,在北半球,物体由西北向东南运动重量要减轻;物体由东南向西北运动重量要增加 。
在南半球,物体由西南向东北运动重量要减轻;由东北向西南运动重量要增加 。
这不是说明重力加速度和物体的运动有关吗?本人认为运动的物体,重量的增加和减轻实质是一种失重现象,其实重力加速度没有因运动而改变 。
而地球的自转角速度是会影响表面重力加速度大小的,但地球自转是稳定的,于是赤道处的加速度还是一个定值 。


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