萬(wàn)有引力，相信很多人在中學(xué)的物理課本上就學(xué)習(xí)過(guò)，那么你對(duì)萬(wàn)有引力了解多少呢?下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹萬(wàn)有引力的相關(guān)知識(shí)。

　　萬(wàn)有引力是怎么產(chǎn)生的：

　　萬(wàn)有引力定律是艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表的。牛頓的普適的萬(wàn)有引力定律表示如下：任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)有通過(guò)連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質(zhì)量的乘積成正比與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)組成和其間介質(zhì)種類無(wú)關(guān)。

　　正在宇宙中,我們幾乎找不到任何兩個(gè)有距離的物體能夠不通過(guò)任何物質(zhì),而發(fā)生任何互相作用,那種不通過(guò)任何物質(zhì)的"隔空意念移物"式的作用是不存在的。任何物質(zhì)都不能與沒(méi)有任何物質(zhì)的空間發(fā)生任何相互作用,任何兩個(gè)有距離的物體如果發(fā)生了任何作用,中間一定有某種相關(guān)物質(zhì)和它們都能接觸,將它們聯(lián)系起來(lái),萬(wàn)有引力也不例外。因?yàn)橛钪嬷械囊磺形矬w相互作用都是由能量來(lái)傳遞,而只有物質(zhì)才具有能量,能量必須以物質(zhì)為載體。

　　萬(wàn)有引力推理依據(jù)：

　　伽利略在1632年實(shí)際上已經(jīng)提出離心力和向心力的初步想法。布里阿德在1645年提出了引力平方比關(guān)系的思想.牛頓在1665～1666年的手稿中，用自己的方式證明了離心力定律，但向心力這個(gè)詞可能首先出現(xiàn)在《論運(yùn)動(dòng)》的第一個(gè)手稿中。一般人認(rèn)為離心力定律是惠更斯在1673年發(fā)表的《擺鐘》一書(shū)中提出來(lái)的。根據(jù)1684年8月～10月的《論回轉(zhuǎn)物體的運(yùn)動(dòng)》一文手稿中，牛頓很可能在這個(gè)手稿中第一次提出向心力及其定義。

　　萬(wàn)有引力與相作用的物體的質(zhì)量乘積成正比，是發(fā)現(xiàn)引力平方反比定律過(guò)渡到發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的必要階段.·牛頓從1665年至1685年，花了整整20年的時(shí)間，才沿著離心力—向心力—重力—萬(wàn)有引力概念的演化順序，終于提出“萬(wàn)有引力”這個(gè)概念和詞匯。·牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第三卷中寫(xiě)道：“最后，如果由實(shí)驗(yàn)和天文學(xué)觀測(cè)，普遍顯示出地球周?chē)囊磺刑祗w被地球重力所吸引，并且其重力與它們各自含有的物質(zhì)之量成比例，則月球同樣按照物質(zhì)之量被地球重力所吸引。另一方面，它顯示出，我們的海洋被月球重力所吸引;并且一切行星相互被重力所吸引，彗星同樣被太陽(yáng)的重力所吸引。由于這個(gè)規(guī)則，我們必須普遍承認(rèn)，一切物體，不論是什么，都被賦與了相互的引力(gravitation)的原理。因?yàn)楦鶕?jù)這個(gè)表象所得出的一切物體的萬(wàn)有引力(universal gravitation)的論證……”

　　牛頓在1665～1666年間只用離心力定律和開(kāi)普勒第三定律，因而只能證明圓軌道上的而不是橢圓軌道上的引力平方反比關(guān)系。在1679年，他知道運(yùn)用開(kāi)普勒第二定律，但是在證明方法上沒(méi)有突破，仍停留在1665～1666年的水平。只是到了1684年1月，哈雷、雷恩、胡克和牛頓都能夠證明圓軌道上的引力平方反比關(guān)系，都已經(jīng)知道橢圓軌道上遵守引力平方反比關(guān)系，但是最后可能只有牛頓才根據(jù)開(kāi)普勒第三定律、從離心力定律演化出的向心力定律和數(shù)學(xué)上的極限概念或微積分概念，才用幾何法證明了這個(gè)難題。

　　萬(wàn)有引力假設(shè)檢驗(yàn)：

　　牛頓的猜想

　　地球與太陽(yáng)之間的吸引力與地球?qū)χ車(chē)矬w的引力可能是同一種力，遵循相同的規(guī)律。

　　猜想的依據(jù)

　　(1)行星與太陽(yáng)之間的引力使行星不能飛離太陽(yáng)，物體與地球之間的引力使物體不能離開(kāi)地球;(2)在離地面很高的距離里，都不會(huì)發(fā)現(xiàn)重力有明顯的減弱，那么這個(gè)力必然延伸到很遠(yuǎn)的地方。

　　檢驗(yàn)的思想

　　如果猜想正確，月球在軌道上運(yùn)動(dòng)的向心加速度與地面重力加速度的比值，應(yīng)該等于地球半徑平方與月球軌道半徑平方之比，即 1/3600。

　　檢驗(yàn)的結(jié)果

　　地面物體所受地球的引力，與月球所受地球的引力是同一種力。

　　萬(wàn)有引力公式：

　　公式表示

　　F: 兩個(gè)物體之間的引力

　　G:萬(wàn)有引力常量

　　m1: 物體1的質(zhì)量

　　m2: 物體2的質(zhì)量

　　r: 兩個(gè)物體之間的距離(大小)(r表示徑向矢量)

　　依照國(guó)際單位制，F(xiàn)的單位為牛頓(N)，m1和m2的單位為千克(kg)，r 的單位為米(m)，常數(shù)G近似地等于

　　G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²(牛頓平方米每二次方千克)。

　　由此可知排斥力F一直都將不存在，這意味著凈加速度的力是絕對(duì)的。(這個(gè)符號(hào)規(guī)約是為了與庫(kù)侖定律相容而訂立的，在庫(kù)侖定律中絕對(duì)的力表示兩個(gè)電子之間的作用力。)

　　適用范圍

　　經(jīng)典萬(wàn)有引力定律反映了一定歷史階段人類對(duì)引力的認(rèn)識(shí)，在十九世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)，水星在近日點(diǎn)的移動(dòng)速度比理論值大，即發(fā)現(xiàn)水星軌道有旋緊，軌道旋緊的快慢的實(shí)際值為每世紀(jì)42.9″。這種現(xiàn)象用萬(wàn)有引力定律無(wú)法解釋，而根據(jù)廣義相對(duì)論計(jì)算的結(jié)果旋緊是每世紀(jì)43.0″，在觀測(cè)誤差允許的范圍內(nèi)。此外，廣義相對(duì)論還能較好地解釋譜線的紅移和光線在太陽(yáng)引力作用下的偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。這表明廣義相對(duì)論的引力理論比經(jīng)典的引力理論進(jìn)了一步。

　　在法拉第和麥克斯韋之后，人們看到物理的實(shí)在除了粒子還有電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)具有動(dòng)量和能量且能傳播電磁波。這使人們聯(lián)想萬(wàn)有引力定律也是物理的實(shí)在，能傳播引力波，也有許多人努力探測(cè)它，但尚無(wú)很好的結(jié)果。電磁波的傳播可用光子解釋，類似地，光子也導(dǎo)致引力子概念的引出。萬(wàn)有引力也不再是超距作用，而以引力子為媒介。但這些都是物理學(xué)家正在探索的領(lǐng)域。

　　經(jīng)典力學(xué)的適用范圍并引入普朗克常量和真空中光速來(lái)界定經(jīng)典力學(xué)的領(lǐng)地。粗糙的說(shuō)，經(jīng)典的萬(wàn)有引力定律適用范圍也可用一數(shù)量表示?，F(xiàn)在引入引力半徑 ，G、m分別表示引力常量和產(chǎn)生引力場(chǎng)的球體的球體的質(zhì)量，c為光速。用R表示產(chǎn)生力場(chǎng)球體之半徑，若 ，則可用牛頓引力定律。對(duì)于太陽(yáng)， ,應(yīng)用牛頓引力定律無(wú)問(wèn)題;即使是對(duì)致密的白矮星， ，也仍然可用牛頓萬(wàn)有引力定律;至于黑洞和宇宙大爆炸，應(yīng)當(dāng)是應(yīng)用廣義相對(duì)論的。

　　引力常量

　　牛頓在推出萬(wàn)有引力定律時(shí)，沒(méi)能得出引力常量G的具體值。G的數(shù)值于1789年由卡文迪許利用他所發(fā)明的扭秤得出?？ㄎ牡显S的扭秤試驗(yàn)，不僅以實(shí)踐證明了萬(wàn)有引力定律，同時(shí)也讓此定律有了更廣泛的使用價(jià)值。

　　扭秤的基本原理是在一根剛性桿的兩端連結(jié)相距一定高度的兩個(gè)相同質(zhì)量的重物，通過(guò)秤桿的中心用一扭絲懸掛起來(lái)。秤桿可以繞扭絲自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)重力場(chǎng)不均勻時(shí)，兩個(gè)質(zhì)量所受的重力不平行。這個(gè)方向上的微小差別在兩個(gè)質(zhì)量上引起小的水平分力，并產(chǎn)生一個(gè)力矩使懸掛系統(tǒng)繞扭絲轉(zhuǎn)動(dòng)，直到與扭絲的扭矩平衡為止。扭絲上的小鏡將光線反射到記錄相板上。當(dāng)扭絲轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線在相板上移動(dòng)的距離標(biāo)志著扭轉(zhuǎn)角的大小。平衡位置與扭秤常數(shù)和重力位二次導(dǎo)數(shù)有關(guān)。在一個(gè)測(cè)點(diǎn)上至少觀測(cè)3個(gè)方位，確定4個(gè)二次導(dǎo)數(shù)值，測(cè)量精度一般達(dá)幾厄缶。

　　根據(jù)扭力系統(tǒng)的構(gòu)造形狀，分為z型、L型和斜臂式扭秤。z型扭秤由一個(gè)輕金屬制成的z型秤臂、兩個(gè)質(zhì)量相等的重荷和一根細(xì)金屬絲組成的。兩個(gè)重荷分別固定在z型秤臂的兩端。細(xì)金屬絲將整個(gè)系統(tǒng)懸掛起來(lái)，組成一套扭力系統(tǒng)。由于兩個(gè)重荷處于不同的位置，所以，當(dāng)通過(guò)兩個(gè)重荷的重力等位面Q₁和Q₂?；ゲ黄叫谢驈澢鷷r(shí)，兩個(gè)重荷將受到重力場(chǎng)水平分量的作用。當(dāng)重力場(chǎng)水平分量gH₁和gH₂的大小和方向不同時(shí)，稈臂就要繞著扭絲轉(zhuǎn)動(dòng)，直到水平旋轉(zhuǎn)的重力矩和扭絲的扭力矩相平衡為止。秤臂偏轉(zhuǎn)的角度除和扭力系統(tǒng)的構(gòu)造和扭絲的扭力系數(shù)有關(guān)外，還和兩個(gè)重荷間的重力變化有關(guān)。因此，準(zhǔn)確記錄扭力系統(tǒng)的偏角，就可以求出重力位的二次導(dǎo)數(shù)。由于扭力系統(tǒng)的靈敏度很高，秤臂穩(wěn)定下來(lái)的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)還需要在3～5個(gè)方向上照相記錄，所以，儀器附有自動(dòng)控制系統(tǒng)，并安放在特制的小房里工作。儀器的操作和測(cè)量結(jié)果的計(jì)算都比較煩瑣，每測(cè)—個(gè)點(diǎn)需要2～3小時(shí)，工件效率較低。

　　扭秤的測(cè)量結(jié)果用矢量圖表示，用一短線表示曲率，矢量方向相應(yīng)于最小曲率平面的方位，矢量長(zhǎng)度表示等位面曲率差大小 。在短線中心以箭頭畫(huà)出總梯度，指向重力增加的方向。

　　扭秤的靈敏度很高并可測(cè)多個(gè)參數(shù)，但是也有其不足之處。由于具有極高的靈敏度，對(duì)于測(cè)試環(huán)境的要求也很高，易受外界干擾，包括溫度、地面震動(dòng)、大氣壓強(qiáng)波動(dòng)、扭絲的滯彈性效應(yīng)等。因此對(duì)于精度要求不高的重力測(cè)量工作，一般都是重力儀去完成。但是對(duì)于高精度的測(cè)量，如引力物理方面的測(cè)量，以及高精度儀器的驗(yàn)證以及標(biāo)定，都需要利用扭秤來(lái)完成。因此即便是如今，扭秤在實(shí)驗(yàn)物理領(lǐng)域也有著相當(dāng)重要的地位。

　　卡文迪許測(cè)出的G=6.67×10⁻¹¹N·m²/kg² ，與現(xiàn)在的公認(rèn)值6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²極為接近;直到1969年G的測(cè)量精度還保持在卡文迪許的水平上。

　　科學(xué)意義

　　萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一了起來(lái)，對(duì)以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。它第一次解釋了(自然界中四種相互作用之一)一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹(shù)立了一座里程碑。

　　萬(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在天文學(xué)上和宇宙航行計(jì)算方面有著廣泛的應(yīng)用。它為實(shí)際的天文觀測(cè)提供了一套計(jì)算方法，可以只憑少數(shù)觀測(cè)資料，就能算出長(zhǎng)周期運(yùn)行的天體運(yùn)動(dòng)軌道，科學(xué)史上哈雷彗星、海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)，都是應(yīng)用萬(wàn)有引力定律取得重大成就的例子。利用萬(wàn)有引力公式，開(kāi)普勒第三定律等還可以計(jì)算太陽(yáng)、地球等無(wú)法直接測(cè)量的天體的質(zhì)量。牛頓還解釋了月亮和太陽(yáng)的萬(wàn)有引力引起的潮汐現(xiàn)象。他依據(jù)萬(wàn)有引力定律和其他力學(xué)定律，對(duì)地球兩極呈扁平形狀的原因和地軸復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，也成功的做了說(shuō)明。推翻了古代人類認(rèn)為的神之引力。

　　對(duì)文化發(fā)展有重大意義：使人們建立了有能力理解天地間的各種事物的信心，解放了人們的思想，在科學(xué)文化的發(fā)展史上起了積極的推動(dòng)作用。