在一般语境中,重力是指咱们肌肉在被逼支撑身体的分量时的一种肌肉紧绷状况,也被称作当身体下沉时所能察觉到的一种感触。但这儿并不是说在疲倦时的严重状况。咱们说的严重,在某种程度上,是由于咱们身体的分量。在物理学开始于这个“非物理学”重力的日常含义,然后在数学和物理上让它变得愈加明晰且可量化。
但在那时,物理学家们分成了两个阵营,我叫它们 “触摸阵营”和“MG阵营”。触摸阵营保存了重力的日常含义,并将其量化,一直与重力非物理的定性概念坚持共同。MG阵营对重力的界说只契合一种特别情况下非物理重力的概念。
下面将顺次描绘这些界说。
触摸阵营对重力的界说
(契合重力的日常含义)
不管何时咱们“感触到”重力,咱们总会触摸到其他外表,或许是地上、椅子、宇航员的躺椅,咱们或许坐在沙滩上或许在一个火箭里加快。“一个物体的重力,在任何情况下,是由支撑它的物体所施加的触摸力。”这是触摸阵营对重力的界说。你的重力照这种办法来界说的话,便是由一副置于你和支撑你的任何事物(一般是地上)之间的一般秤上所丈量出的值。当你站在地表上,除非你站在南极或许北极,你的体重不会彻底等同于你所遭到的地心引力。
地球用mg的力拉着m的质量,表格顶用标有“重力”的触摸力支撑着m的质量。使用牛顿的“F = ma”给出下列:
mg-重力=m×a(加快度)
咱们将牛顿定律使用于太阳系彻底惯性坐标系中,假如物体不在南北极上,它会跟着地球滚动细微加快。因而它的重力不彻底等于mg。
这种重力观念以为让咱们下沉是由于某物在推进咱们的身体。假如没有东西推进,咱们不会下沉;例如地上对咱们的脚施加压力,然后这种压力经过咱们的身体向上传递,迫使关节和肌肉去运用肌肉力气坚持姿态:咱们感触到分量。这种触摸力取决于你的运动状况。当你自由落体时——关于人类来说并不是一种一般的阅历——不触摸任何东西,因而你没有分量感;你感到失重。你能够测验在下落时站在一副秤上,可是你不会压着他们,因而读数为0——这正是你在失重时的预期。
相反,假如你是一个躺在高速加快火箭里的一名宇航员,在你身上的触摸力和你有必要去做的尽力来支撑你的身体(例如,坚持正常的呼吸)明显添加,这将再次由一副你和你座位之间的秤显示出。触摸阵营会说你看到漂浮在航天飞机里边或许拴在哈勃望远镜外面的宇航员都是失重的,在火箭发射过程中宇航员的重力剧增,但仍需尽力坚持脑筋明晰。一个物体的重力经过一副置于物体和支撑面之间的秤会被不断地被批改。咱们当然能够把秤放在任何当地,可是假如放在能取最大读数值的当地,这最大值便是物体的重力。
mg阵营对重力的界说
(不同于重力的日常含义)
一些物理学家将一个物体的重力界说为在此之上的重力,而不考虑其他的。他们的界说是“一个物体的重力是它的质量乘以当地的重力加快度。”这种重力的概念与物体的运动状况无关,并不考虑任何触摸力。它并不等同于你刚刚坐在椅子上读这篇文章时的分量感,除非你别离坐于南极或许北极。
物理学家用这种界说重力的办法会把触摸力作为“视重力”。虽然他们会说当你正在自由落体的重力和你坐在椅子上的相同,可是他们会补充到在自由落体时,你的视重是0。会说漂浮在航天飞机里边或许拴在哈勃空间望远镜外面的宇航员有着同在地球时相同的重力(低于地表400km当地略低于g),可是他们的视重为0。他们会说在火箭发射过程中尽力坚持脑筋明晰的宇航员,有着相当于在家里厨房相同重力,但视重力会添加。
地球用一个“重力”的力(总是等于mg)拉着m的质量,表格顶用标有“视重”的触摸力支撑着m的质量。使用牛顿的“F = ma”给出下列:
重力(即mg)-视重=m×a(加快度)
仍旧,在惯性坐标系中丈量加快度。跟着地球滚动,假如物体不在南北极上的话,加快度是不会等于0,其重力也不彻底等同于视重。
mg阵营对重力的界说与非物理的重力界说共同,即当物体放置在重力场,但不在惯性坐标系里加快。例如,坐落在地球的南北极上的物体重力。
哪个界说更有用?
物理学有时会用能与日常用法相区别的办法,从头界说一些惯用词汇。一个经典的比如“功”,当你在手上拿着某物时,并没有对其做功,虽然你的手有些乏力了。你的肌肉体系的确做了功,但这个功是在内部的并且并没有作用于物体上。由于这种观念在力学中证明很有用,因而物理上有了对某物体做功的界说。
假如能够挑选保存重力的日常用法或许从头界说它,哪种是最好的做法呢?我以为假如没有必要理由去从头界说一个词,那么咱们就不应该从头界说,尤其是在很久以前就进入大众范畴的。这正是为什么我在触摸阵营,由于我发现没有特别原因去扔掉一般了解的重力含义。事实上,物理学家发现很难不必行话与非物理学者去沟通主意;那么,就为了它,咱们有必要要从头界说不需要从头界说的常用词汇吗?
别的一个值得去揣摩的点是,这两种界说怎么与爱因斯坦的引力理论符合。爱因斯坦理论将在远离重力加快火箭里观察者的丈量与引力场没有加快度的观察者进行定量比较。触摸阵营会说两个观察者都会感到重力,因而当这个阵营要求与爱因斯坦作比照时没有问题。相反,mg阵营会说火箭里的观察者没有重力(由于火箭里边没有重力:g=0),而在重力场的观察者有重力(由于这儿的g不等于0。)深信在火箭里的观察者的阅历是“视重”,而在重力场中的观察者是实在的,这违反相对论。的确,mg阵营会说都有一个视重;但由于不同的视重和mg值,他们与爱因斯坦定位各走各路:重力,g。
这儿有两个理想实验来协助你区别两个重力的界说,并帮你决议喜爱待在哪个阵营。(可是记住,正如谢尔顿库珀所说,正确答案只要一个。)
幻想呈现了一些让地球逐步越转越快的现象。终究它会转地如此之快,以至于赤道和在其上的任何事物,会以一个物体在挨近地球外表的圆形轨迹时的速度运动,大约8km/s。假如你被放置在赤道上的话,你身上的重力正好供给向心力,这能够让你坚持在太阳系结构中的圆周运动,因而地上没有给你支持力。
你会飘起来!现在远离赤道(你将不得不推进某物,或许发射一枚小火箭来移动)这儿速度将略小于8 km/s,你会慢慢地,一点点失掉你的漂浮才能。接近赤道你会发现你自己被固定在地上上,仅一副读数为0的磅秤牵强记录下来。离赤道越远,你会发现自己被固定地越死。没人将会否定在赤道上会短少一种身体下沉的感觉,伴跟着惊人的漂浮才能。因而你会用实在(触摸阵营)或许视重(mg阵营)来描绘你在赤道上的重力(失重)吗?那什么又是像神仙相同悬浮的“清楚明了的失重”呢?当发现自己在远离赤道越来越远的方向上移动时会“清楚明了的超重”,这是为什么呢?
第二个理想实验中,把自己置于预备发射到月球的土星五号火箭的座位舱中。更精确地说,你最好把自己放置在躺椅上,由于当底部的五个巨大喷嘴被点着时,在接下来的两分钟内每个会宣布4千万马力的才能,你将会被重重地推回座位上,我敢确保你会以为这个重力添加地并不是很明显。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. math- Shinichi
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