转换视角分清万有引力与重力的关系

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转换视角分清万有引力与重力的关系

查字典物理网 2016-06-27

初中就学习过重力是由于地球的吸引而产生的，在高中物理必修1中还是很含糊给出重力的概念：“地面一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受的力叫重力”。而真正能把万有引力和重力分得清是在必修2的万有引力部分，但课本上只字不提，老师在教学中也只是强调重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供了物体随地球自转的向心力。导致学生在学习中不能从理论上分清万有引力与重力的关系。笔者在学习过万有引力之后转换视角运用圆周运动知识分清万有引力与重力的关系。

如图所示，不同的人看到地面上的物体运动状态不一样，受力分析也不一样，所列的力学方程也是不一样的。

在外星人看来：地球上表面上的物体只受两个力作用，一个万有引力F，一个是地面的支持力N。物体随地球一起在自转，做的是圆周运动，圆周运动的圆心在地球的轴线上。这样指向地球球心的万有引力F与地面支持力N的合力提供了向心力F/。

在地球人看来：物体受到的力是重力G和地面的支持力N，物体是静止的，所以G与N二力平衡。

这样一样，谁都没错，那怎样解释这些力的关系呢？万有引力肯定是客观存在的，在此把万有引力分解为重力G，另一分力指向圆周运动圆心是提供向心力F/。对外星来讲：当然还可说F/是F与N的合力；对地球人而言，因自身随地球一起自转感受不到物体的圆周运动，只说G与支持力N平衡同样正确。

因F/=mw2r，赤道上物体的向心力最大，两极处最小，而各处万有引力一样大，所以赤道上重力G最小，两极处G最大，G=mg，这也是我们说重力加速度g与纬度位置有关的原因。

由于地球自转的角速度很小，F/很小，与万有引力相比F/ F，故一般认为地面上的G与F相等。

假设地球自转加快，F/将变大，G将变小，万有引力F全部提供向心力时F/，当G小到0 时，赤道上的物体对地面也变无压力而“飘起来”，这就是星球因自转而解体的原因。

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