牛顿的引力故事

从1665到1667,牛顿已经在思考引力了。一天晚上,他正坐在一棵苹果树下乘凉,一个苹果从树上掉了下来。他突然想到:为什么苹果只会掉到地上,不会飞到天上去?他分析了哥白尼的日心说和开普勒的三大定律,然后想:为什么行星绕着太阳转而不离开?为什么行星离太阳近时快,离太阳远时慢?行星离太阳越远,为什么运行时间越长?牛顿认为他们的根本原因是太阳极具吸引力。

经过一系列的实验、观察和计算,牛顿发现太阳的引力与其巨大的质量密切相关。牛顿进一步揭示了宇宙的普遍规律:一切物体都有吸引力;质量越大,吸引力越大;间距越大,吸引力越小。这就是经典力学中著名的“万有引力定律”。

两个物体之间的引力

g:万有引力常数

M1:物体的质量1。

M2:物体2的质量

R:两个物体之间的距离(大小)( R代表径向向量)

按照国际单位制,F的单位是牛顿(N),m1和m2的单位是千克(kg),R的单位是米(m),常数G近似等于。

G=6.67×10?N m?/kg?(牛顿平方米每平方千克)。

所以排斥力F永远不会存在,也就是说净加速度的力是绝对的。这种符号约定是为了与库仑定律兼容,在库仑定律中,绝对力代表两个电子之间的力。)

扩展数据:

牛顿在推导万有引力定律时,未能得到引力常数g的具体值,g的值是卡文迪什在1789年用他发明的扭秤得到的。卡文迪许的扭秤实验不仅在实践中证明了万有引力定律,而且使其得到了更广泛的应用。

扭秤的基本原理是在一根刚性杆的两端连接两个具有一定高度的相同质量的砝码,用一根扭力线通过平衡杆的中心悬挂起来。平衡梁可以绕着绞线自由转动。当重力场不均匀时,两个质量的引力不平行。这个方向的微小差别,在两个质量上造成一个很小的水平分量,并产生一个力矩,使悬挂系统绕着绞线旋转,直到与绞线的力矩达到平衡。

绞线上的小镜子把光反射到记录板上。当扭绞线旋转时,光在相位板上移动的距离标志着扭绞角的大小。平衡位置与扭秤常数和重力势的二阶导数有关。在一个测点至少观测三个方向,确定四个二次导数值,测量精度一般可达几个厄缶。

万有引力定律揭示了天体运动的规律,广泛应用于天文学和航天导航计算。为实际天文观测提供了一套计算方法。只需要少量的观测数据,我们就可以计算出天体运行很长一段时间的轨道。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巨大成就的例子。

利用万有引力公式和开普勒第三定律,还可以计算出太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月球和太阳引力引起的潮汐现象。根据万有引力定律和其他力学定律,他还成功地解释了地球两极形状扁平和地轴复杂运动的原因。推翻古人类认为的诸神引力。

对文化发展意义重大:树立了人们认识天地万物的信心,解放了人们的思想,在科学文化发展史上发挥了积极作用。

参考资料:

百度百科-万有引力定律