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，都認為在地面上的重力是地球對物體的萬有引力的分力，其值低于萬有引力本文作者對此有不同看法：重力就是萬有引力

關鍵詞：物理教學；重力；萬有引力；視重

重力，是學生在學習高中物理受力分析中是最常用到的一個力.然而很多人對重力的概念卻存在著模糊甚至是錯誤的理解.

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.”在學習萬有引力之前，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，也可以算作一個伏筆，交代學生學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“若不考慮地球自轉的影響，地面上質量為的物體所受的重力等于地球對物體的引力

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重力做如下的解釋：重力是萬有引力產生的，由于地球的自轉，因而地球表面的物體隨地球自轉時需要向心力.

重力實際上是萬有引力的一個分力.另一個分力就是物體隨地球自轉時需要的向心力，如圖所示，由于緯度的變化，物體做圓周運動的向心力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.通常的計算中因重力和萬有引力相差不大，而認為兩者相等，即g=r， g=M/r常用來計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，在數值上比萬有引力略小一點只有在地球的兩極才與萬有引力相等，因為在兩極的物體沒有自轉

如果這樣解釋這個問題：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地球都是靜止的，為什么它在地面上時重力是萬有引力的一個分力？而它在同步軌道上時重力就是地球的萬有引力了呢？難道兩種情況重力產生的原因不同？

對此筆者有不同的觀點，按照上面的分析，假設地球自轉加快，即ω自變大，由g=

R3，比現(xiàn)在地球自轉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動的飛船內宇航員的重力多大？這時我們會對學生強調“宇航員雖然飄在飛船中，但宇航員依然受到重力作用，千萬不能認為宇航員的重力是”這時我們是不是會覺得前面的解釋有點不妥？難道隨地球轉動和隨飛船轉動有什么本質的區(qū)別？

如果把“地面上物體的重力看作萬有引力的一個分力”教給學生，學生受此影響，在學習“萬有引力定律”這一章之后，對置于地球赤道七的物體進行受力分析時，往往會為分析成：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系，對物體進行受力分析時應分析其實際受到的力，既然重力是地球對物體引力的一個分力，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誤的！顯然這與我們教學實際和生活經驗不符，學生對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識上來，學生對這一受力分析問題就不會有如此困惑！自然會分析為：重力（即地球引力）和地面支持力

所以，筆者對重力與萬有引力的關系有不同的觀點：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

至于認為在地球上重力是萬有引力的一個分力的解釋，應該是把重力與視重混淆了視重是我們對重力最直觀的認識我們感覺的重力其實是感覺支持物對物體的支持力若物體處于平衡狀態(tài)則根據二力平衡，重力與支持力相等而物體不平衡時這兩個力就不相等此時支持力的大小就叫物體的視重如圖當物體處于地球上某位置時（非南、北極點），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動時的向心力，則N=g，那這邊g不是物體的視重嗎？

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