2.2.2　重力

由于地球对物体的吸引而使物体受到的力叫作重力。重力和万有引力是同样性质的力,但重力又不等于万有引力。由于地球自转,静止在地球上的物体也跟着绕地轴做圆周运动,这个做圆周运动的向心力就由万有引力的一个分力来提供。因此,在地球表面上的物体所受的万有引力可以分解成物体所受的重力和随地球自转做圆周运动的向心力。

重力的施力者是地球,所以重力产生的条件为:有质量的物体、在地球附近。地球周围的物体不论是静止还是运动都受到重力作用,重力是一个非接触力。重力的方向是竖直向下的。竖直向下并不是一个恒定不变的方向,也并非一定指向地心,即地球上不同地方有不同的“竖直方向”。只有在地球的赤道和两极处重力才指向地心。怎样确定竖直方向呢?在地球上某处悬挂一个重物,当物体处于静止状态时,悬线的方向就是竖直方向。

重力的作用点是重心。一个物体的各个部分都受到重力的作用。从效果上可以看作各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫作物体的重心。

注意:质量均匀分布的物体,重心的位置只跟物体的形状有关,有规则形状的均匀物体,它的重心就在其几何中心上;不均匀物体的重心位置除跟物体的形状有关外,还跟物体内质量的分布有关。对于形状不规则或者质量不均匀分布的薄板,可用悬挂法测定其重心的位置。重心是一个等效概念,所以物体的重心不一定在物体上。一个物体的重心位置不会因物体的放置方法不同而改变。但当物体的形状发生变化时,重心位置一般会发生变化。

重力的测量:在物体静止且悬线竖直条件下,根据二力平衡时两个力大小相等,可以用弹簧秤测量。

若近似地将地球视为一个半径为R、质量为m e的均匀分布的球体,以及忽略地球自转的影响,质量为m的物体作质点处理,则当物体距离地球表面h(h≪R)高度处时,所受地球的引力(重力)大小为

其中,g为重力加速度:

g在数值上等于单位质量的物体受到的重力。将万有引力常量、地球质量和地球半径的数值带入式(2.2),则有g≈9.8 m/s2。在一般的学习计算中,g取值为10 m/s2。考虑到地球质量分布并不均匀且在自转,地球表面附近不同地方的重力加速度g的值略有差异。