关于万有引力定律及其应用的相关内容如下:
万有引力定律适用范围是什么?
万有引力公式
适用于以下情况:
①严格来说只适用于质点间的相互作用。
②两个质量分部均匀的球体滚枣间的相互作用,也可用本定律计算,(其中r是两个球心距离)。
③一个均匀球体与球外一个质点的万有引力也适用(r是球心到质点的距离)。
④当两个物体间的距离远远大于物体自身大小时,公式也慎穗近似适用,(其中r是两物体
质心
间距离)。
万有引力的伟大意义
牛顿
将其中一些看似不同的力准确地归结到万有引力概念里:苹果落地,人有体重,月亮围绕地球转,所有这些现象都是由相同原因引起的。牛顿的
万有引力定律
简单易懂,涵盖面广。
万有引力的发现,是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上的物体运动的规宽备卜律和
天体运动
的规律统一了起来,对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次揭示了自然界中一种基本相互作用的规律,在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。
万有引力定律的力学应用
令a1为事先已知质点的重力加速度。由牛顿第二定律知,即。取代前面方程中的F
同理亦可得出a2.
依照国际单位制,重力加速度(同其他一般加速度)的单位被规定为米每平方秒(m/s²或m·s⁻²)。非国际单位制的单位有伽利略、单位g(见后)以及英尺每秒的平方。
请注意上述方程中的a1,质量m1的加速度,在实际上并不取决于m1的取值。因此可推论出对于任何物体,无论它们的质量为多少,它们都将按照同样的比率向地面坠落(忽略空气阻力)。
如果物体运动过程中r只有极微小的改变——譬如地面附近的自由落体运动——重力加速度将几乎保持不变(参看条目地心引力)。而对于一个庞大物体,由于r的变化导致的不同位点所受重力的变化,将会引起巨大而可观的潮汐力作用。
令m1为地球质量5.98*10²⁴kg,m2为1kg,R为地球半径6380000m,代入万有引力公式,计算出F=9.8N,这说明1kg的物体在地球表面受重力为9.8N。换句话说,等式两边同除以m2,结果就是重力加速度g。
具有空间广度的物体:
如果被讨论的物体具有空间广度(远大于理论上的质点),它们之间的万有引力可以以物体的各个等效质点所受万有引力之和来计算。在极限上,当组成质点趋近于“无限小”时,将需要求出两物体间的力(矢量式见下文)在空间范围上的积分。
从这里可以得出:如果物体的质量分布呈现均匀球状时,其对外界物体施加的誉磨万有引力吸引作用将同所有的质量集中在该物体的几何中心原理时的情况相同。(这不适用于非球状对称物体)。
矢量式:
地球附近空间内的重力示意图:在此数量级上地球表面的弯曲可被忽略不计,因此力线可以近似地相互平行并且指向地球的中心牛顿万有引力定律亦可通过矢量方程的形式进行表述而用以计算万有引力的方向和大小。在下列公式中,以粗体显示的量代表矢量。
其中:
F₁₂:物体1对物体2的引力
G:万有引力常量
m₁与m₂:分别为物体1和物体2的质量
r₂₁=|r₂r₁|:物体2和物体1之间的距离
r₂1=r₁+r₂物体2和物体1之间的距离
:物体1到物体2的单位矢量
可以看出矢量式方程的形式与之前给出的标量式方程相类似,区别仅在于在矢量式中的F是一个矢量,以及在矢量式方程的右端被乘上了相应的单位向量。而且,我们可以看出:F₁₂=F₂₁
同样闹虚野,重力加速度的矢量式方程与其标量式方程相类似。1.重力是由于地球的吸引而产生的,但能否说万有引力就是重力呢?分析这个问题应从地球自转入手。由于地球自转,地球上的物体随之做圆周运动,所受的向心力F₁=mrω²=mRω²cosa,F₁是引力F提供的,它是F的一个分力,cosa是引力F与赤道面的夹角的余弦值,F的另一个分力F₂就是物体所受的重力,即F₂=mg。
由此可见,地球对物体的万有引力是物体受到重力的原因,但重力不完全等于万有引力,这是因为物体随地球自转,需要有一部分万有引力来提供向心力。
2.重力与万有引力间的大小关系
(1)重力与纬度的关系
在赤道上满足mg=F-F向(物体受万有引力和地面对物体的支持力Fn的作用,其合力充当向心力,Fn的大小等于物体的重力的大小)。
在地球两极处,由于F向=0,即mg=F,在其他位置,mg、F与F向间符合平行四边形定则。同一物体在赤道处重力最小,并随纬度的增加而增大。
(2)重力、重力加速度与高度的关系
在距地面高度为h的高处,若不考虑地球自转的影响时,则mg'=F=GMm/(R+h)²;而在地面处mg=GMm/R²。
距地面高为h处,其重力加速度g'=GM/(R+h)²,在地面处g=GM/R²。
在距地面高度为h的轨道上运行的宇宙飞船中,质量为m的物体的重力即为该处受到的万有引力,即mg'=GmM/(R+h)²,但无法用测力计测出其重力。一个天体环绕另一个中心天体做匀速圆周运动。其向心力由万有引力提供。即F引=GMm/r²≈mg=ma向,而a向=v²/r=ω²r=vω=(4π²/T²)r=4π²f²r,因此应用万液喊有引力定律解决天体的有关问题,主要有以下几个度量关系:F引=GMm/r²(r为轨道半径)=mg=ma向=mv²/r=mω²r=m(4π²/T²)r=m4π²f²r.
重力场:
球状星团M13证明重力场的存在。重力场是用于描述在任意空间内某一点的物体每单位质量所受万有引力的矢量场。而在实际上等于该点物体所受的重力加速度。
以下是一个普适化的矢量式,可被应用于多于两个物体的情况(例如在地球与月球之间穿行的火箭)的计算。对于两个物体的情况(比如说物体1是火箭,物体2是地球)来说,我们可以用替代并用m替代m₁来将重力场表示为:
因此我们可以得到:
该公式不受产生重力场的物体的限制。重力场的单位为力除以质量的单位;在国际单位制上,被规定为N·kgㄢ(牛顿每千克)。1.计算天体质量
(1)计算地球质量
若不考虑地球自转,地面上物体所受重力即地球对它的万有引力
mg=GmM/R²由此可得地球质量M=gR²/G
(2)计算太阳质量
测量地球绕太阳公转周期,公转轨道半径,将轨道看成圆,匀速圆周运动向心力就是万有引力
即GMm/R²=m(2π/T)²R地球质量为m,太阳质量M=4π²R³/GT²
运用类似方法已知人造卫星质量,卫星绕某天体运动的周期和轨道半径
可算出天体质量
2.估算天体密度
若设某天体半径R,卫星绕天体表面运行时,轨道半径为R,
又测得已知运行周期为T
设卫星质量为m则GMm/R²=m(2π/T)²R天体质量M=4π²R³/GT²
体积V=4πR³/3ρ=M/V=3π/GT²
万有引力定律的应用有哪些
万有引力定律的应用:
1、推导第一宇宙速度。
2、根据能量观念,导出第二宇宙速度。
3、了解远地圆轨道卫星的发射原理,阐述返回式卫星的返回过程。
4、介绍广义相对论的等效原理,建立加速场概念。
5、建立引潮档早力概念,解释潮汐现象的成因。
6、建立理想化模型,等效法、类比法、控制变量等物理方法。
7、对芦判天体质量、密度进行估算行哗雀。
8、发现并研究天体的运行规律。
9、研制人造卫星。
