萬有引力公式

萬有引力公式

萬有引力是存在於宇宙中任何有質量的物體之間的相互吸引力,萬有引力公式是計算這種相互吸引力大小的重要規律,任何兩個物體之間的吸引力都遵循萬有引力規律,不過請大家要注意的是,並不是所有的萬有引力的大小都可以用公式F=Gm1m2/r^2直接求解。在中學階段只能運用上述公式求解幾種特殊情況下的相互吸引力。萬有引力常量約為6.672x10-11N·m2/kg2,只適用於計算質點間的相互作用力,即當兩個物體間的距離遠大於物體的大小時才近似適用;當兩個物體距離不太遠的時候,不能看成質點時,可以採用先分割,再求矢量和的方法計算;一個質量分布均勻的球體與球外一個質點的萬有引力(或兩個均勻球體間的引力),可用公式計算,這時r是指球心間距離。

基本信息

概述

萬有引力=F=GmM/r^2;兩個通常物體之間的萬有引力極其微小,我們察覺不到它,可以不予考慮。比如,兩個質量都是60千克的人,相距0.5米,他們之間的萬有引力還不足百萬分之一牛頓,而一隻螞蟻拖動細草梗的力竟是這個引力的1000倍。但是,天體系統中,由於天體的質量很大,萬有引力就起著決定性的作用。在天體中質量還算很小的地球,對其他的物體的萬有引力已經具有巨大的影響,它把人類、大氣和所有地面物體束縛在地球上,它使月球和人造地球衛星繞地球鏇轉而不離去。
當在某星球表面作圓周運動時,可將萬有引力看作重力,既有mg=GmM/(r²),此時有GM=gr²,為黃金代換公式。且有GmM/r²=mv²/r=mrω²=4π²mr/T²=mg。

公式

萬有引力公式萬有引力公式
兩個可看作質點的物體之間的萬有引力,可以用以下公式計算:F=GmM/r^2,即萬有引力等於引力常量乘以兩物體質量的乘積除以它們距離的平方。其中G代表引力常量,其值約為6.67×10ˆ‐11單位N·m²/kg²;。為英國科學家卡文迪許通過扭秤實驗測得。
萬有引力的推導:若將行星的軌道近似的看成圓形,從克卜勒第二定律可得行星運動的角速度是一定的,即:ω=2π/T(周期)
如果行星的質量是m,離太陽的距離是r,周期是T,那么由運動方程式可得,行星受到的力的作用大小為
mrω²=mr(4π²)/T²
另外,由克卜勒第三定律可得
r三次方/T²;=常數k′
那么沿太陽方向的力為
mr(4π²)/T&²;=mk′(4π²;)/r²;
由作用力和反作用力的關係可知,太陽也受到以上相同大小的力。設太陽的質量為M,從太陽的角度看,
M(k″)(4π²)/r²
是太陽受到沿行星方向的力。因為是相同大小的力,由這兩個式子比較可知,k′包含了太陽的質量M,k″包含了行星的質量m。由此可知,這兩個力與兩個天體質量的乘積成正比,與兩個天體距離的平方成反比。

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