對“萬有引力是重力”觀點的商榷

劉春蘭老師曾于2009年10月在《物理教學探討》第10期上發表了一篇題為《萬有引力是重力嗎?》的文章。在文章中，劉老師提出了萬有引力就是重力的觀點，筆者對這一觀點持不同的看法。具體分析如下:

1 從兩種力產生的角度分析

(1)萬有引力是自然界中任何兩個物體之間的吸引力，方向在它們的連線上，大小與物體的質量m1和m2的乘積成正比，與它們之間距離r的二次方成反比，即F=G0m1m2r2。

(2)重力是由于地球對它表面附近的物體的吸引而產生的。只在重力作用下，任何物體的加速度都是重力加速度g。重力的方向和重力加速度的方向相同，豎直向下，其大小為G=mg。

物體所受地球的萬有引力的方向是指向地心的，而地球表面物體所受的重力方向是豎直向下的。所以在地球表面不同的地方，指向地心與豎直向下不會始終重合，萬有引力不能說就是重力。

2 從重力受地球自轉影響角度分析

可見，在地球表面物體的重力等于地球萬有引力與離心慣性力的合力。假設地球自轉角速度加快，重力將變小。如果自轉角速度足夠大，重力就可能為零。此時地球表面物體就要飄起來，由于線的拉力為零，物體處于失重狀態。重力在這種狀態下，的確是零，但劉老師認為失重并不等于沒有重力，而認為重力等于萬有引力。筆者認為這里對失重的理解有偏頗。對于失重，人教版高中物理必修二是這樣定義的:物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)小于物體所受重力的現象稱為失重。這種定義筆者認為其實也并不是很科學。比如假定地球自轉加快，角速度足夠大，重力剛好小到零，物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)也就為零，而此時物體處于失重。筆者認為失重時，重力是可以為零的。實際上，在地面上的物體，討論其失重問題是在選定地球作為參考系的基礎上去分析的。雖然地球在自轉但物體卻相對于參考系是靜止的，故相對于地球處于平衡狀態，而不是失重狀態。

3 從重力隨緯度變化角度分析

地球表面上物體所在緯度不同，物體到地球自轉軸的距離R也不同，離心慣性力也不相同，由此導致重力因緯度改變而改變。

首先討論重力方向偏離萬有引力的角度。如圖1，對圖中的三角形應用正弦定理，

由此式可以看出，在赤道處，β=0，G最小;在兩極β=±π2，G最大，且此時G=F;在其它緯度上，重力的大小介于最小值與最大值之間。因此，在地球表面上的物體所受的重力G和萬有引力F有區別。

4 從重力隨高度的變化角度分析

物體離地球越遠，所受的萬有引力越小，此時重力也會隨之發生變化。由于地球自轉的影響，在地球表面(通常指大氣層以內)的物體仍然受到自轉影響，即物體所受重力與萬有引力的關系:G=F+mω2R。

由上式可以看出:當物體遠離地面時，萬有引力減小，重力也在減小，但是萬有引力仍然不等于重力。當物體繼續遠離地球，到達大氣層外面時，物體將不再受地球自轉對它的影響，此時它所受的重力與萬有引力的關系:G=F。對于物體在大氣層外面所受重力的情況，筆者查閱了不同版本的大學物理教材，發現對重力的定義僅僅限于地球表面，而遠離地球表面時，就不再去討論重力這一物理量了。因此，當物體遠離地球時，萬有引力在減小，重力也在減小，重力并不是處處與萬有引力相等。

綜上所述，重力是由萬有引力產生的，但不能說重力就是萬有引力。在地球表面物體的重力為地球萬有引力與離心慣性力的合力。

參考文獻:

[1]劉春蘭.萬有引力是重力嗎.物理教學探討.2009.10

[2]漆安慎 ，杜嬋英. 力學.北京:高等教育出版社，1999

[3]程守洙 ，江之永.普通物理學.北京:高等教育出版社，2003

(欄目編輯 羅琬華)