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1 # 時空通訊
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2 # 科學矩陣
“地球會產生引力”是對萬有引力最大的誤解。
在絕大多數情況下,我們為了便於敘述,常常會用“地球引力”這樣的語境來描述諸如蘋果會掉到地上之類的自然現象,這種描述其實是不太嚴謹的,很容易被人誤解為引力是地球的自有特徵。
事實上,引力並不是地球或任意天體獨立產生的,更不是任何天體的自有特徵,它是存在於一切有質量的物體之間的。或者說,一切有質量的物體都具有相互靠近的趨勢,於是便體現出了萬物之間均有引力的表象,正因如此,它被稱為“萬有引力”。
1687年,牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中發表了萬有引力定律,對萬有引力作出瞭如下陳述:
宇宙中的所有質點都以一種力吸引其他各個質點。這種力與各質點的質量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比。
這句話中的重點是,所有“質點”都會吸引其他“質點”。質點是當某個科學問題不受物體的體積影響時,可以無視它的體積只考慮質量而定義出來的一種物理學概念,可以理解為有質量但體積為零的點。譬如在研究引力問題時,我們就可以把地球和蘋果視為兩個質點,因為引力不受體積的影響。
從“所有質點都會吸引其他質點”這句話中我們可以反推出,假如某個物體是沒有質量的,則它既不會吸引其他物體,也無法被其他物體所吸引。也就是說,一個沒有質量的物體,與任何物體之間都不存在引力;一個有質量的物體,與一個沒有質量的物體之間也不存在引力。
換言之,在面對一個沒有質量的物體時,地球也會表現為沒有引力,由此可見,引力並不是地球產生的。
另外,月球的質量儘管比地球小了81倍,但質量並不為零,因此它與其他有質量的物體之間依然是具有引力的。假如我們把地球和蘋果之間的引力視為“地球的引力”,那麼月球和蘋果之間的引力當然也可以視為“月球的引力”,只是月球的引力比地球小了6倍而已。
事實上,不僅月球有引力,你所能見到的一切有質量的物體之間都具有引力。
譬如兩顆蘋果之間具有引力、兩個人之間具有引力、蘋果和人之間也具有引力,你之所以感受不到這些引力的存在,那不過是由於這些物體的質量太小,以至於其引力微弱到根本無法體現出來。
所以,我們雖然可以簡單地把萬物和地球之間的引力稱為“地球引力”,但絕對不能認為引力是地球產生的或引力是地球的特徵。
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3 # 老饅頭簸箕
月球也有引力,只是因為質量小,只有地球的幾分之一。
嫦娥五號組合體目前在環繞月球飛行等待返回地球的時機,就是因為月球有引力才能環繞和下落啊。
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問題:地球自轉可產生引力,為何月球卻不能?
直話直說,這種認知是錯誤的。萬有引力與自轉沒有毛關係,凡有質量的物體,都存在萬有引力,因此引力是物質本質屬性,一個原子也不例外,何況月球呼?只不過引力是四種基本力中強度最小的力,在小的物體上很難表現和測量出來而已。
牛頓發現萬有引力定律已經三百多年了,早已經成為一種基本科學常識。萬有引力定律表示式為:F=GMm/r^2。這裡的F表示引力大小值,G為引力常數,M和m代表兩個發生引力相互作用物體的質量,r為作用物體之間的距離。這個公式告訴我們,物體質量越大,引力越強,物體之間距離越遠,引力衰減得越快。
引力大小在天體表面表現為重力大小。地球的質量為5.965*10^24kg,也就是約59.65萬億億噸;月球的質量為7.349*10^22kg,也就是約7349億億噸。地球質量是月球質量約81倍,地球的引力當然就比月球大很多了。在天體表面,作用於物體上的引力主要以重力方式出現,根據引力定律得到的重力公式為:g=MG/r^2。這裡g為重力,M為天體質量,G為引力常量,r為天體半徑。
我們知道,地球半徑約6371000米,月球半徑約1738000米。根據重力公式,可得到地球表面重力g≈9.8N,月球表面重力約1.62N。重力從引力而來,但並不完全等於引力,是引力形成的向心力和天體自轉形成的離心力的一個分力,因此重力在一個星球上並不完全一致的,一般隨著緯度升高而加大,在兩極達到最大,在赤道最小。
比如地球重力在兩極約9.832N,在赤道約9.78N。一個天體自轉越快,這種差距就會越明顯,月球自轉比地球慢多了,27.32個地球日才轉一圈,這種差距就會小很多。因此,我們取重力值一般就會取一個大致平均值,地球重力為9.8N,月球重力為1.62牛,這樣月球重力只有地球約1/6。
重力最直觀的感受就是重量。重量是物體受重力大小的度量,也就是說同樣質量的物質,在重力大的天體上就會越重,重力小的天體上就會越輕,而且會與重力成比例。這樣在地球上1kg質量的東西就是9.8N,而在月球上只有1.62N,也就是說地球上60kg的重量,在月球上只有10kg。
因此我們看到阿波羅任務登陸到月球的宇航員們,雖然穿著笨重的宇航服,但走路還是一跳一跳的,因為體重變輕了,隨便一用力就會飛起來,且由於宇航服笨重不好邁步,只能作“兔子跳”。這也是在月球上發射登月艙的上升段時,會輕便很多,省很多燃料的原因。
我們嫦娥五號登月器在完成月球取樣任務後,上升器從著陸器上分離,發射回到200km高空的環月軌道,也是利用月球重力很小的原理,計算好所需燃料動力實現的。
地球和月球引力相互影響。根據萬有引力定律,引力是相互作用,月球圍繞著地球轉,雖然地球的引力起著主導作用,但月球的引力也是不可忽略的。事實上,月球公轉的質心並不是在地球中心,而是地球與月球引力共同形成的一個質點,地球和月球都圍繞著這個質點轉動。由於地球比月球質量大很多,這個質點依然還在地球以內,但不在地心,而是在地心偏向地表4671km處。
由於地球引力佔主導,因此月球早就被地球引潮力潮汐鎖定了,自轉與公轉同步了,只能一面一直向著地球。所謂引潮力是引力的一種變形,一個天體的引力作用於另一個天體,總量是既定的,但作用於由於不同位置的力是不一樣的,這就是引潮力。
引力對天體不同位置大小不一,就會導致天體表面變形,對天體起到拉拽作用,這樣天體自轉受到影響,變得越來越慢。月球就是這樣被地球鎖定的,在太陽系,被各大行星潮汐鎖定的衛星至少有三十多個。月球雖然引力比地球小很多,但其引潮力對地球有著重大影響,尤其是對地球生命有著決定性影響。
沒有月球,就不會有我們的存在。別看月球引力比地球小很多,但月球引潮力同樣有讓地球被潮汐鎖定的趨勢。科學觀測表明,地球自轉每年變慢15微秒,就是月球引潮力作用的結果。不過這種變慢即使到50億年後,每年也只能慢75000秒,一年也慢不了21個小時,因此到太陽系毀滅地球也不會停轉,但卻顯示出月球雖小野心很大,趨勢如此。
月球對地球引潮力最大最明顯的影響就是大海的漲潮落潮,由於月球距離地球很近,相對距離1.5億km的太陽,月球對地球的引潮力比太陽要大2.5倍,因此地球大海漲潮落潮主要受月球引潮力影響。月球執行到地球什麼位置,那個位置以及地球反面相對位置的潮水就最大,這樣地球海洋每天就有兩次漲潮落潮,這種氣勢磅礴的全球運動,是地球的呼吸,生命的呼喚。
科學研究認為,如果沒有45億年前地球與“忒伊亞”,一個和火星差不多大小的行星那一撞,從此地球有了一年四季,誕生了月球有了更大的海洋潮汐,生命就很可能不會孕育和演化出來,就沒有今天的你我在這裡胡吹海侃了。