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How does 重力 工作?

重力 moon
Gravity keeps 的 月亮 哪里 it's supposed to be -- in 要么bit. Peepo /盖蒂图片社

每次跳跃,您都会经历重力。它会将您拉回地面。没有重力,您就会漂浮到大气中-连同所有其他物质一起 地球.

放下书本,踩上秤或将球抛向空中,您都会在工作中看到重力。在我们的生活中,它是如此的持续存在,我们很少为它的奥妙而惊叹。沙发),它们仍然只是理论而已。引力的奥秘几乎完好无损。

那么我们对重力有什么了解呢?我们知道,它会使宇宙中的任何两个对象相互吸引。我们知道重力帮助形成了宇宙,它使月亮保持在围绕地球的轨道上,并且可以利用它来满足更多普通应用,例如 重力-powered motors 要么 重力-powered lamps.

As 对于 的 science behind 的 action, we know 那 Isaac 牛顿 defined 重力 as a 对于ce -- 上e 那 attracts all objects to all other objects. We know 那 阿尔伯特 爱因斯坦 said 重力 is a result of 的 curvature of space-time. These two 的ories are 的 most common 和 widely held (if somewhat incomplete) explanations of 重力.

在本文中,我们将研究 牛顿's 的ory of 重力, 爱因斯坦's 的ory of 重力 和 we'll touch 上 a more recent view of 的 phenomenon as well.

Although many people had already noted 那 重力 exists, 牛顿 原为 的 first to develop a cohesive explanation 对于 重力, so we'll start 的re.

牛顿 set forth the idea that gravity was a predictable force. His cumulative work earned him a monument at the Griffith Observatory (that's astronomer William Herschel on the left).
牛顿提出了引力是可预测的力的想法。他的累积工作为他赢得了格里菲斯天文台的纪念碑(左边是天文学家威廉·赫歇尔)。
Stephen Dunn/盖蒂图片社

In 的 1600s, an English physicist 和 mathematician named Isaac 牛顿 坐在一棵苹果树下-传说告诉我们。显然,一个苹果掉在了他的头上,他开始怀疑为什么苹果首先被吸引到了地面上。

牛顿在1680年代公开了他的万有引力理论。它基本上提出了这样一种思想,即重力是作用在宇宙中所有物质上的可预测的力,并且是质量和距离的函数。该理论指出,物质的每个粒子都会吸引其他每个粒子(例如,"地球"和"you")的力与它们的质量的乘积成正比,而与它们之间的距离的平方成反比。

So 的 farther apart 的 particles are, 和/or 的 less massive 的 particles, 的 less 的 gravitational 力。

The standard 对于mula 对于 的 law of gravitation goes [source: UT]:

Gravitational 对于ce = (G * m1 * m2) / (d2)

Gravitational 对于ce = (G * m1 * m2) / (d2)

哪里 G is 的 gravitational constant, m1m2 are 的 masses of 的 two objects 对于 which 您 are calculating 的 对于ce, 和 d is 的 distance between 的 centers of 重力 of 的 two masses.

G has 的 value of 6.67 x 10E-8 达因 * cm2/克2. So if 您 put two 1-gram objects 1 centimeter apart from 上e another, 的y will attract each other with 的 对于ce of 6.67 x 10E-8 达因. A 达因 大约等于0.001克重,这意味着如果您有达因力可用,它可以在地球重力场中举起0.001克。因此,6.67 x 10E-8达因是微不足道的力。

When 您 deal with massive bodies like 的 地球, however, which has a mass of 6E+24 kilograms (see How much does planet 地球 weigh?), it adds up to a rather powerful gravitational 力。 That's why 您're not floating around in space right now.

作用在物体上的重力也是该物体的重量。当您踩在秤上时,秤会读取作用在您身体上的重力。确定重量的公式是[来源: 库尔图斯]:

重量= m * g

哪里 m 是物体的质量,并且 g 是由于重力引起的加速度。由于重力作用,地球上的加速度为9.8 m /s²,无论物体的质量如何,它都不会改变。因此,如果您将鹅卵石,书本和沙发从屋顶上掉下来,它们会同时落在地上。

For hundreds of years, 牛顿's 的ory of 重力 pretty much stood alone in 的 scientific community. That changed in 的 early 1900s.

阿尔伯特 Einstein
Albert 爱因斯坦 called 重力 a distortion in 的 shape of space-time.
Photo 通过 Keystone/盖蒂图片社

阿尔伯特 爱因斯坦于1921年获得诺贝尔物理学奖的他在1900年代初贡献了另一种引力理论。这是他著名的广义相对论的一部分,它提供了与众不同的解释 牛顿's 万有引力定律。爱因斯坦根本不相信重力是力量。他说这是时空形状的一种扭曲,也称为"the fourth dimension" (see 相对论如何运作 了解时空)。

基本物理学指出,如果没有外力作用,则物体将始终以尽可能最直的直线行进。因此,在没有外力的情况下,沿着平行路径行进的两个物体将始终保持平行。他们永远不会见面。

但事实是,他们确实见面。从平行路径开始的粒子有时会碰撞。牛顿的理论认为,这可能是由于重力而发生的,重力是一种将这些物体吸引到彼此或单个第三物体上的力。爱因斯坦还说,这是由于引力而发生的-但在他的理论中,引力不是力。这是时空的曲线。

根据爱因斯坦的说法,这些物体仍沿最直的直线行进,但是由于时空的扭曲,现在最直的直线沿球面路径移动。因此,两个沿平面运动的对象现在正沿球面运动。沿着该球体的两条直线路径以一个点结束。

Still more-recent 的ories of 重力 express 的 phenomenon in terms of particles 和 waves. 一 view states 那 particles called 引力子 使物体相互吸引。但是,从未真正观察到过引力子。而且都没有 引力波,有时也称为重力辐射,据推测是物体受外力加速时产生的[来源: 科学美国人]。

引力子或无引力子,我们知道上升必须下降。也许有一天,我们会确切知道原因。但是直到那时,我们只要知道地球不会很快进入太阳就可以感到满意。重力使它安全地进入轨道。

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资料来源

  • "Einstein's geometric 重力." 爱因斯坦 Online.http://www.aei.mpg.de/einsteinOnline/en/elementary/generalRT/GeomGravity/index.html
  • "Gravity." Princeton WordNet.http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn?o2=&o0=1&o7=&o5=&o1=1&o6=&o4=&o3=&s=gravitational+attraction
  • 库尔图斯, Ron. "Gravitation 和 的 Force of Gravity." Succeed in 物理科学: School 对于 Champions.http://www.school-for-champions.com/science/gravity.htm
  • "Is 重力 a particle 要么 a wave?" 科学美国人. October 21, 1999.http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=is-gravity-a-particle-or