重力的定义

重力的定义重力是力学中最重要、最基本的概念之一．但是，国内外各种课本及参考书对重力概念的定义不尽一致，目前对重力的定义大致有以下三类．第一类定义：“地球对物体的引力称重力”．“重力就是由于地球吸引而使物体受到的力”．第二类定义：“地球对其附近物体吸引的力是重力”．“地球对地球表面附近物体的引力称重力”．第三类定义：“质点以线悬挂并相对于地球静止时，质点所受重力的方向沿悬线且竖直向下，其大小在数值上等于质点对悬线的拉力”．“实际上，重力就是悬线对质点拉力的平衡力”．“物体在地球表面附近自由下落时，有一竖直方向的重力加速度g，产生此重力加速度的力称为重力”．第一类定义很明确，重力就是指地球对物体的万有引力．重力即是力，就是矢量，其方向就是地球对物体引力的方向，即指向地球中心．按这类定义，重力就成了引力的同义词．其实，这类定义只有在不考虑地球自转所引起的效果时才有意义．第二类定义的共同特点是有“表面”、“附近”此类限制性词．这些“表面”、“附近”表达着怎样的意思呢？如只是一个区域性概念的话，那就是说只有地球表面附近的引力才称重力，除此以外，就只称引力，不再称重力了；另外，到底距地球表面多远才不算“表面”、“附近”呢？可见，第二类重力定义给读者的概念是模糊的、不确切的．第三类定义分别从静力学形式和动力学形式给出了重力的“操作性定义”，并暗示了重力不是纯地球引力，而是把地球自转影响考虑在内的地球引力和物体随地球绕地轴转动所受的向心力之差．这类定义美中不足的是未能明确表达出重力的主要本质，即“地球引力”这一本质因素．综上所述，以上三类关于重力的定义都不够确切．重力的比较确切的定义是：“随地球一起转动的物体，所表现出的、所受地球的引力，称物体的重力．”根据这种定义，重力概念的内涵有：（1）重力的本质来源是地球的引力．（2）重力是一个表观的概念，是物体随地球一起转动时受到地球的引力．（3）重力等于物体受地球的引力和随地球绕轴转动所需向心力的矢量差．为了能对重力的大小、方向有一个较直观、明确的认识，下面以地球表面的物体为例加以说明．设地球是均匀球体，其自转角速度为，则处于地球上P点的物体受到地球的引力为F，随地球自转所需的向心力为f，f是F的一个分力．根据我们关于重力的定义，F的另一个分力G就是物体的重力（见图）．从图示可见，物体重力G确是引力F与向心力f的矢量差，其方向一般并不指向地球中心，而偏离一个小角度，指向平常所说的竖直方向．平常我们所说物体的自由落体加速度，就是在重力的作用下产生的，所以，这加速度又称重力加速度，方向当然也不严格指向地心．至于重力的大小，一方面可用弹簧秤测定，另一方面可根据图示计算得：2220cosRmRMmGG式中R是地球半径，为物体所在处的纬度，M为地球质量，m为物体质量，0G为引力常数．由上式可看出，在赤道处，0，G最小，与20RMmG相差的百分比约为3105.3；在两极处，20RMmGG，G最大；在其他纬度处，G介于两者之间．