為什麼地球有引力

2022-12-27 10:16:09 字數 3863 閱讀 7347

1樓:雀鳥游魚

假如地球表面完全為自由流動的液態水所覆蓋,那麼這種液體水的表 地球引力面呈現一個扁球體,在兩極稍平,而在赤道膨脹,這在前邊已經作了簡要的敘述。這個理想的形狀,稱為地球體,它將完美地同全部的重力、轉動力相平衡。牛頓定律對於引力的表達是重力遵循的基礎。

眾所周知,該定律的基本表述為:m1與m2這兩個質點之間的引力,正比於二者質量的乘積,反比於這兩個質點中心之間距離的平方,如果說此處的f為作用在m2上的力,那麼r1為從m1指向m2的單位向量,r是m1與m2之間的距離,而a是萬有引力常數。加上負號表示著力是互相吸引的。

很明顯,引力是存在於自然界中強度最小的相互作用力。最近還發現,a的數值也不是常數,而是隨著時間有緩慢的減少。它的這種變化,是由許多原因造成的,其中之一被認為是由於地球半徑隨著時間而增加,這樣反過來,又必將對地球的發展歷史帶來深刻的影響。

可是,所得出的a值變化速率是如此之小,以至於它在整個地球演化過程中,即在幾十億年的時間內,其變化速率只大約為1%,所以在實際應用上並無什麼真正的價值。

由於地球(假定為m1)這個巨大質量的存在,使得m2所產生的加速度,稱做重力加速度。它最早是被伽利略在義大利的比薩斜塔上測定的。在地球表面上這個數值一般定為980釐米/秒2,通常又將1釐米/秒2稱為「伽」(gal),用以紀念這位偉大的科學家。

重力場是守恆的,也就是說在重力場中,移動一個物體所做的功,獨立於它所經過的路徑,而僅僅取決於它的終點。事實上,假如該質量最終轉到它原來出發時所處的位置時,其淨能量的消耗等於0,而不管它在其間所走過的道路是什麼。這在自然地理面中,是可以很輕易得到證明的。

尋常所見的水分迴圈,就是一個很好的說明重力守恆的例子。一滴水從海洋麵上被蒸發,克服重力,進入大氣,這是外界做功的結果。待它由空中重新迴歸到海洋時(而不管它是直接落入海洋,還是被運送到幾千公里之外,又隨著河川逕流回到海洋來的),放出了原先克服重力時的那部分功,遵循著重力守恆,使得淨能量的消耗等於0。

類似的例子,在地表面是很多的。另外一種對重力守恆的表達方式就是:動能和勢能之和在一個封閉體系中為一常數,這涉及到動能與勢能的互相轉化,也是我們要經常使用的一個規律。

同時要記住引力是一個向量,它的方向是沿著地球的質量中心與另外一個物體質量中心的連線,這在進行向量分析時,是極為有用的。地球表面的重力大小,一般來說與五個因素有關,它們是地理緯度、海拔高度、周圍地體的地形、地球潮汐與地表以下物質的密度。這最後一個因子,僅僅在進行重力測量中才有價值,一般情況下它對重力變化的影響,要比前四個因子的聯合效應小的多。

例如,從赤道到兩極,重力隨著緯度變化的數量大約為5伽,而油田勘探中的較大重力異常是10毫伽,只相當於上述數字的1/500。在2023年,國際大地測量和地球物理協會採用了一個公式,給出了在地球這個橢球體上任意一點的重力加速度為:

g=g0(1+αsin2φ+βsin22φ) (5.9) g——重力加速度;g0——在赤道上的重力加速度,它等於978.0490釐米/秒2;φ——緯度,常數α及β分別是0.0052884和-0.

0000059。自從2023年以來,由於在重力測量中獲取了大量的資料,特別是通過人造地球衛星的準確測定,上式中的常數已經有了進一步的改動。

從自然地理學的角度來看,我們的著眼點不在於尋求計算重力或進行訂正的準確公式,而在於利用這種重力分析的基本原理,闡述物質在進入自然地理面和輸出到環境時的愛力狀況,在這些受力當中,重力是特別應當考慮的一項。舉凡地形的改變、物質的搬運和堆積、氣團的運動、水分的迴圈、生物的生長,甚至於地球物質的調整等,離開了重力的分析,就不可能得出正確的結果。前面已 地球引力經講過,重力最為明顯的表達,一般都在地球固體表面之上。

在其下並非重力消失了,只是不容易有如固體表面之上那樣明顯地看出來罷了,此外作為研究的物件來說,我們亦不去特別關注地層深處的重力狀況,而只接受它所帶來的對地表造成的後果。進而看到,在海平面之上陸地面積約佔全球總表面積的29%,以雨和雪降下來的水,必然經受重力的作用迴歸到海洋中去。這樣,每一次落到地表上的降水,都具有比例於本身質量和海平面以上高度的乘積,這樣數值的能量,這就是它所具的勢能。

在陸地地表,亦有個別的點低於海平面,例如我國的吐魯番盆地,美國加利福尼亞的死谷等,它們之所以能在陸面上保持這種例外的情況,一是由於其面積小,二是由於這些盆地均處於乾旱區,很少有降水發生。假如把它們移到溼潤地區,這種低於海平面的狀況決不會保持很久,在重力的參與下,很快就要被水充滿或被水所帶來的風化物質填注,以補足海平面在全球延伸中的「漏洞」。重力在自然地理面中的表現,既平常又深刻,對此應有充分的認識,現粗略地討論一下重力在改造地表形態上的作用。

陸地表面由於風化作用而造成的鬆散物質,在一定的條件下,由於力的作用是要移動的。

無論是從高處到低處的滾動、滑落、崩塌,還是通過河流的輸運,風的挾帶等,其中一個極重要的因素就是重力的參與。我們以一個在坡面上運動的巖塊為例,簡要分析一下重力的作用。由分析得知,重力的一個分力,即巖塊向下滑動的力,比例於所處坡度的正弦,當然還取決於這個坡面的摩擦係數。

一克重的巖塊在坡度為45°時,向下滑動的分力為0.7克;而當該坡度等於60°時,這個分力將增加到0.87克(如圖5.5)。

由於摩擦係數很少有大於1的狀況,因此單憑摩擦係數的阻抗,在坡度大於45°時,將支援不住重力所引起的向下滑動的分力。事實上,比40°更為陡峭的自然坡度在全球是很少見的,因為如果有超出40°的角度時,重力作用將比較迅速地對此加以改變,由此可以看出重力改變地表形態的作用來。

在討論地球重力的同時,我們對於其它星體產生的類似於地球引力的作用力,也要加以必要的重視。最主要的就是月亮和太陽對地球的引力。

月亮和地球的距離很近,約等於三十個地球的直徑,根據萬有引力定律,引力與距離的平方成反比,因而儘管月球的質量不算太大,但對於地球上各個質點的引力卻相對的要大一些。太陽的質量很大,約等於二千億億億噸,是地球質量的三十三萬倍,但由於地球與太陽之間的距離太遠,是月球—地球之間距離的四百倍,因此,它對地球的引力,只是月球對地球引力的46%。所以,地球上的潮汐現象是太陽和月亮二者作用力的合成,這裡我們只需瞭解月亮的引力作用比太陽更大這一點就夠了。

地球的質量是月球的81.5倍,因此月—地系統的公共質量中心,必然大大地偏向於地球一側,大約在距地心0.73倍地球半徑的地方,兩個球體每月繞著這個共同的質量中心轉動。

月球對於地球的引潮力固然重要,但這個引潮力的數量值卻並不太大,只相當於地球重力的千萬分之一。對於地球上一個10噸重的物體來說(即重力等於10噸),其引潮力僅有1克。這樣小的力,人通常是感覺不出來的。

但地球對 地球引力這種不大的引潮力,反應卻十分明顯。很早以前,就發現海水在一日內有規律的漲落(潮汐)與月球有密切關係。此外,地球不是一個剛體,一般都認為它是一個具有彈性的球體,對於具這樣一種特性的球體,在引潮力的作用下,地球的固體岩石地殼也會產生「潮汐」現象,叫做固體潮,每天都要升降達30釐米左右。

當然地球對月球的引潮力更大,它使得月殼突起和下落的幅度達到3公里左右。與此同時,地球上的大氣,也因為這種引潮力,每天都產生著「大氣潮汐」。至于海洋這個龐大的水體,其上的潮汐現象就更為明顯了,加拿大東海岸的芬地灣蒙克頓港,最大潮差達19.

6米,堪稱世界前茅。我國錢塘江口的最大潮差記錄為8.9米,當然各個地方由於所處位置及周圍環境的不同,潮差也是不相同的。

月球和太陽的引力在塑造陸地表面的地形方面,也是一個具有一定意義的因素。康德在2023年,曾率先提出把漲潮作為改變地球旋轉速度的一個因素。近年來,在**關於**的**預報中,也有人把潮汐力作為一個對**起因的觸發因子。

此外,對於自然地理來說,更為明顯的則是潮汐對於海陸交界處地形的變更作用,對於岸線的影響作用,以及對於波浪運動的作用等

2樓:

任何物質都有引力,兩個物體間的引力大小,跟它們質量的乘積成正比,跟它們的距離的二次方成反比。地球質量巨大,擁有的引力就很大

3樓:墨夜風名

是,兩個物體,只需要質量,就可以有相同的引力

4樓:

自然界中任何兩個物體之間都存在萬有引力作用。這是牛頓提出的「萬有引力定律」。

5樓:匿名使用者

因為地核是大磁場,想像一下磁鐵 哈哈

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