物理故事三百篇(少了19噸魚-變化的地心引力)

5 少了19噸魚

從前,有這樣一件事:一個商人向荷蘭漁民購入5000噸青魚,裝在船上,從荷蘭一個城市運到靠近赤道的非洲城市——馬加的沙港去。到了那裡,一過秤,發現青魚少了將近19噸。奇怪!到哪裡去了呢?被盜是不可能的,因為輪船沿途並沒有靠過岸。當時大家都無法揭開這一秘密。有一次,蘇聯的一位運動員,也碰到一件怪事。這位運動員在他出生的城市,擲鐵餅經常能擲到50米遠,可是在列寧格勒的全蘇運動會上,他無論怎麼努力,也擲不到那麼遠,總要相差8~9釐米。

物理故事三百篇(少了19噸魚-變化的地心引力)

這又是怎麼回事兒?

我們知道,物體的重量是由地球對它的吸引力而產生的,同時,地球對一個物體的吸引力,是跟這個物體離開地心的遠近而變化的。假如,我們把1公斤的一塊鐵,放到離地面6400公里高空,就是說,把這塊鐵舉到地面離地心兩倍的距離(地球的平均半徑不到6400公里),那麼這塊鐵所受到的地心引力就會減少四分之三,它的重量只有0.25公斤了。物體重量的變化情況還多呢。在高山上要比平地上輕一些,在赤道上要比南極輕些,在水裡要比在陸地上輕得多,如果飛到地球引力達不到的高空裡去,那就根本沒有重量了。前邊說的青魚和鐵餅的故事,都是地球引力跟人開的玩笑。由於地球是稍帶橢圓的,它的南北兩極的半徑要比赤道的半徑小22公里,半徑越小,吸引力越大,半徑越大,吸引力越小。因此,在荷蘭的5000噸青魚,運到靠近赤道時,就剩下4981噸了。與此相反,列寧格勒比較靠近北極,因此地球引力就大了一些,也可以說鐵餅重了一些,而使運動員的成績受到了影響。

物理教師點評:該故事從地球橢球型這個角度分析了物體所受重力的變化,根據萬有引力公式:地球對物體引力與二者質量乘積成正比,與距離平方成反比。所以赤道上物體距離地心近些,因此物體重力小些。但從科學角度看,地球半徑變化引起的赤道處萬有引力變化為北極處的:0.9931,因此上文導致重量明顯變化主要原因不是地球半徑變化引起。哪是什麼呢?是地球的自傳。其實,物體所受重力只是萬有應力的一個分力。北極處萬有引力等於物體重力,赤道處:重力等於萬有應力減去物體圍繞地軸旋轉需要的向心力。所以赤道處重力大約比北極處重力少1/300,這樣計算下來,5000噸北極處的魚到赤道後減少了16.6噸,這和故事中數據基本吻合。有一定學習基礎的朋友可以看下面這個示意圖:

物理故事三百篇(少了19噸魚-變化的地心引力)


分享到:


相關文章: