重力不等于萬有引力嗎

丁義軍

摘要：在高中大部分教師及參考材料的解釋中，都認(rèn)為在地面上的重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的分力，其值低于萬有引力本文作者對(duì)此有不同看法：重力就是萬有引力

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；重力；萬有引力；視重

重力，是學(xué)生在學(xué)習(xí)高中物理受力分析中是最常用到的一個(gè)力.然而很多人對(duì)重力的概念卻存在著模糊甚至是錯(cuò)誤的理解.

人教版《物理·必修Ⅰ》中“重力基本相互作用”一節(jié)是這樣引入重力概念的：“地面附近的一切物體都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力.”在學(xué)習(xí)萬有引力之前，可以從新課程滲透式定義的理念上給予這樣的概念，即使有不確切的地方，也可以算作一個(gè)伏筆，交代學(xué)生學(xué)過萬有引力再作討論.人教版《物理·必修》中“萬有引力理論的成就”一節(jié)指出“若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上質(zhì)量為的物體所受的重力等于地球?qū)ξ矬w的引力

顯然，教材中的定義很模糊，只是說重力是由于地球的吸引，并沒有明確指出重力是什么因此，大部分教師及所有的參考資料都對(duì)重力做如下的解釋：重力是萬有引力產(chǎn)生的，由于地球的自轉(zhuǎn)，因而地球表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)需要向心力.

重力實(shí)際上是萬有引力的一個(gè)分力.另一個(gè)分力就是物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)需要的向心力，如圖所示，由于緯度的變化，物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F向不斷變化，因而表面物體的重力隨緯度的變化而變化，即重力加速度g隨緯度變化而變化，從赤道到兩極逐漸增大.通常的計(jì)算中因重力和萬有引力相差不大，而認(rèn)為兩者相等，即g=r， g=M/r常用來計(jì)算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一緯度處，g隨物體離地面高度的增大而減小，即gh=M/（r+h），比較即：重力來源與萬有引力，但不完全等于萬有引力，在數(shù)值上比萬有引力略小一點(diǎn)只有在地球的兩極才與萬有引力相等，因?yàn)樵趦蓸O的物體沒有自轉(zhuǎn)

如果這樣解釋這個(gè)問題：同步衛(wèi)星在地球赤道上空同步軌道和地球赤道二者相對(duì)地球都是靜止的，為什么它在地面上時(shí)重力是萬有引力的一個(gè)分力？而它在同步軌道上時(shí)重力就是地球的萬有引力了呢？難道兩種情況重力產(chǎn)生的原因不同？

對(duì)此筆者有不同的觀點(diǎn)，按照上面的分析，假設(shè)地球自轉(zhuǎn)加快，即ω自變大，由g=

R3，比現(xiàn)在地球自轉(zhuǎn)角速度要大得多那我們再看另外一種情況，在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船內(nèi)宇航員的重力多大？這時(shí)我們會(huì)對(duì)學(xué)生強(qiáng)調(diào)“宇航員雖然飄在飛船中，但宇航員依然受到重力作用，千萬不能認(rèn)為宇航員的重力是”這時(shí)我們是不是會(huì)覺得前面的解釋有點(diǎn)不妥？難道隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)和隨飛船轉(zhuǎn)動(dòng)有什么本質(zhì)的區(qū)別？

如果把“地面上物體的重力看作萬有引力的一個(gè)分力”教給學(xué)生，學(xué)生受此影響，在學(xué)習(xí)“萬有引力定律”這一章之后，對(duì)置于地球赤道七的物體進(jìn)行受力分析時(shí)，往往會(huì)為分析成：重力和支持力？還是地球引力和支持力？還是重力、地球引力和支持力而困惑！我們知道合力與分力是等效替換關(guān)系，對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)應(yīng)分析其實(shí)際受到的力，既然重力是地球?qū)ξ矬w引力的一個(gè)分力，那么赤道上的物體受力只能是：地球引力和地面支持力，把赤道上物體受力分析為重力和地面支持力則是錯(cuò)誤的！顯然這與我們教學(xué)實(shí)際和生活經(jīng)驗(yàn)不符，學(xué)生對(duì)此是難于接受的如果我們將物體在地面的重力統(tǒng)一到其受地球引力的認(rèn)識(shí)上來，學(xué)生對(duì)這一受力分析問題就不會(huì)有如此困惑！自然會(huì)分析為：重力（即地球引力）和地面支持力

所以，筆者對(duì)重力與萬有引力的關(guān)系有不同的觀點(diǎn)：重力就是萬有引力，不管是在地面還是在太空重力和萬有引力都是指物體所受同一個(gè)力，重力取名源于我們的生活，是其“小名”，萬有引力則是該力的“大名”而已

至于認(rèn)為在地球上重力是萬有引力的一個(gè)分力的解釋，應(yīng)該是把重力與視重混淆了視重是我們對(duì)重力最直觀的認(rèn)識(shí)我們感覺的重力其實(shí)是感覺支持物對(duì)物體的支持力若物體處于平衡狀態(tài)則根據(jù)二力平衡，重力與支持力相等而物體不平衡時(shí)這兩個(gè)力就不相等此時(shí)支持力的大小就叫物體的視重如圖當(dāng)物體處于地球上某位置時(shí)（非南、北極點(diǎn)），物體受到萬有引力F、支持力N作用，把萬有引力F分解為F向和g顯然F向提供物體隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的向心力，則N=g，那這邊g不是物體的視重嗎？

所以由于地球的自轉(zhuǎn)我們測量的重力都是物體的視重，而不是物體的重力，這時(shí)視重比萬有引力略小，但物體的重力還是萬有引力，這時(shí)我們就不難解釋在飛船中物體的重力依然存在了