自由落體的方向是重力的方向還是萬有引力的方向?

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重力的方向(特殊情況萬有引力方向也對)

物體在空中時。只受到萬有引力這一個力。由於要跟著地球自轉,做一個和地球自轉角速度一樣的圓周運動。需要的向心力的大小f為mrw平方。方向是物體指向圓周運動的圓心。其中m為物體質量。r為圓周運動的半徑,w為地球自轉的角速度。那麼這個向心力誰提供呢。只能是萬有引力了,因為現在就這一個力。所以萬有引力被分出去一部分了。剩下的那部分力我們就叫它重力了。

自由落體運動的定義就是物體只受重力時的運動。那麼能說物體只受到重力沒受到萬有引力麼?不能,因為已經說了,重力其實是萬有引力的一個分力。它本身就是萬有引力。只是大小和方向上(不是絕對的)不一樣了(上面說了原因,有一部分去提供向心力了,保持和地球的相對靜止)。這時候可能還會有人問不是還受到向心力了麼。這個中學物理應該就學過,原因就不說了。

那上邊的不是絕對的是為什麼呢。比如在地球的南北兩個級點。對於這兩個地來說地球是不轉的,所以也沒向心力。這時候重力和萬有引力大小相等方向相同。還有赤道。這是因為此時分走的向心力方向和萬有引力方向在一條直線上。所以剩下的重力和萬有引力方向相同,大小比萬有引力小。所以在這些地方可以說是萬有引力方向。

上邊都在說方向,其實大小更接近生活。比如以前的商隊就會發現。在出發時稱重對了,到了以後不是多了就是少了總不一樣。這就是因為兩地緯度不同,圓周運動的半徑不同,導致需要的向心力不同。而萬有引力大小是一定的。所以稱重出來不一樣了。這也是書本上學到g時說g並不是處處相等的原因。大家可以想想哪裡大哪裡小。


叫我熊王


地球上空的物體做自由落體時有兩個運動狀態:1、繞地軸做圓周運動(地球在自轉,物體與地面在水平方向上相對靜止)。2、在重力作用下加速運動,重力G=mg,其中m為物體質量,g為重力加速度。

可以看出,圓周運動所需的向心力和重力都只由萬有引力提供,此時萬有引力被分成2個力,一個使物體繞地軸做圓周運動,另一個分力使物體做自由落體運動。萬有引力方向與重力方向不一致,自由落體方向為重力方向。


當物體處於地球2極點上時,物體沒有做圓周運動,只做加速運動(即自由落體),萬有引力的方向與重力方向一致,自由落體方向既是重力方向也是萬有引力方向。

(圖片均源自網絡)

總結:物體在地球2極上做自由落體時,方向既是重力方向又是萬有引力方向(兩者方向一致);在地球其它地方自由落體方向為重力方向。


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