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萬有引力是怎么樣產生的( 二 )

知識百科萬有引力


檢驗的結果
地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力是同一種力 。
萬有引力公式：
公式表示
F: 兩個物體之間的引力
G:萬有引力常量
m1: 物體1的質量
m2: 物體2的質量
r: 兩個物體之間的距離(大小)(r表示徑向矢量)
依照國際單位制，F的單位為牛頓(N)，m1和m2的單位為千克(kg)，r 的單位為米(m)，常數G近似地等于
G=6.67×10?¹¹ N·m²/kg²(牛頓平方米每二次方千克) 。
由此可知排斥力F一直都將不存在，這意味著凈加速度的力是絕對的 。(這個符號規約是為了與庫侖定律相容而訂立的，在庫侖定律中絕對的力表示兩個電子之間的作用力 。)
適用范圍
經典萬有引力定律反映了一定歷史階段人類對引力的認識，在十九世紀末發現，水星在近日點的移動速度比理論值大，即發現水星軌道有旋緊，軌道旋緊的快慢的實際值為每世紀42.9″ 。這種現象用萬有引力定律無法解釋，而根據廣義相對論計算的結果旋緊是每世紀43.0″，在觀測誤差允許的范圍內 。此外，廣義相對論還能較好地解釋譜線的紅移和光線在太陽引力作用下的偏轉等現象 。這表明廣義相對論的引力理論比經典的引力理論進了一步 。
在法拉第和麥克斯韋之后，人們看到物理的實在除了粒子還有電磁場 。電磁場具有動量和能量且能傳播電磁波 。這使人們聯想萬有引力定律也是物理的實在，能傳播引力波，也有許多人努力探測它，但尚無很好的結果 。電磁波的傳播可用光子解釋，類似地，光子也導致引力子概念的引出 。萬有引力也不再是超距作用，而以引力子為媒介 。但這些都是物理學家正在探索的領域 。
經典力學的適用范圍并引入普朗克常量和真空中光速來界定經典力學的領地 。粗糙的說，經典的萬有引力定律適用范圍也可用一數量表示 ?，F在引入引力半徑，G、m分別表示引力常量和產生引力場的球體的球體的質量，c為光速 。用R表示產生力場球體之半徑，若，則可用牛頓引力定律 。對于太陽，,應用牛頓引力定律無問題;即使是對致密的白矮星，，也仍然可用牛頓萬有引力定律;至于黑洞和宇宙大爆炸，應當是應用廣義相對論的 。
引力常量
牛頓在推出萬有引力定律時，沒能得出引力常量G的具體值 。G的數值于1789年由卡文迪許利用他所發明的扭秤得出 ?？ㄎ牡显S的扭秤試驗，不僅以實踐證明了萬有引力定律，同時也讓此定律有了更廣泛的使用價值 。
扭秤的基本原理是在一根剛性桿的兩端連結相距一定高度的兩個相同質量的重物，通過秤桿的中心用一扭絲懸掛起來 。秤桿可以繞扭絲自由轉動，當重力場不均勻時，兩個質量所受的重力不平行 。這個方向上的微小差別在兩個質量上引起小的水平分力，并產生一個力矩使懸掛系統繞扭絲轉動，直到與扭絲的扭矩平衡為止 。扭絲上的小鏡將光線反射到記錄相板上 。當扭絲轉動時，光線在相板上移動的距離標志著扭轉角的大小 。平衡位置與扭秤常數和重力位二次導數有關 。在一個測點上至少觀測3個方位，確定4個二次導數值，測量精度一般達幾厄缶 。
根據扭力系統的構造形狀，分為z型、L型和斜臂式扭秤 。z型扭秤由一個輕金屬制成的z型秤臂、兩個質量相等的重荷和一根細金屬絲組成的 。兩個重荷分別固定在z型秤臂的兩端 。細金屬絲將整個系統懸掛起來，組成一套扭力系統 。由于兩個重荷處于不同的位置，所以，當通過兩個重荷的重力等位面Q?和Q? 。互不平行或彎曲時，兩個重荷將受到重力場水平分量的作用 。當重力場水平分量gH?和gH?的大小和方向不同時，稈臂就要繞著扭絲轉動，直到水平旋轉的重力矩和扭絲的扭力矩相平衡為止 。秤臂偏轉的角度除和扭力系統的構造和扭絲的扭力系數有關外，還和兩個重荷間的重力變化有關 。因此，準確記錄扭力系統的偏角，就可以求出重力位的二次導數 。由于扭力系統的靈敏度很高，秤臂穩定下來的時間較長 。同時還需要在3～5個方向上照相記錄，所以，儀器附有自動控制系統，并安放在特制的小房里工作 。儀器的操作和測量結果的計算都比較煩瑣，每測—個點需要2～3小時，工件效率較低 。

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