03.02 兩個物體靠很近,根據萬有引力公式,引力會非常大嗎?為什麼?

東方斯坦


引力是一種很弱很弱的力,就算我們把物體之間的距離縮得很小很小,它(跟其他的力相比)也沒法變得很大很大,而且,當距離真的縮小到一定程度時,還會出現量子力學效應,所以其實很小的距離是沒法實現的,這也是為什麼在微觀世界,我們幾乎總是可以忽略萬有引力。

在考慮類似的問題的時候,其實可以動筆做一個簡單的計算,考慮兩個電子不斷靠近,你可以根據庫侖力的公式和萬有引力定律計算一下這兩個電子之間的相互作用變化情況,只需要稍稍計算一下你就會發現,不管在怎樣的距離上,電磁相互作用都是遠比萬有引力更強得多得多的。事實上,可以計算得到,在四種相互作用中,引力是最弱的(下表引自維基百科):

對是兩個電子的情況,在萬有引力變得足夠強之前,電子之間的斥力就會使得兩個電子遠離了。而各種分子間的相互作用其本質也還是電磁相互作用,所以不管怎樣,只要粒子的質量是很小的,我們幾乎總可以忽略粒子之間的萬有引力。


傅渥成


這個問題不難回答。萬有引力公式F=GMm/r²中,萬有引力與兩物體質量乘積成正比,與兩物體的距離的平方成反比。的確兩物體的距離越小,引力越大。但這個距離不可能等於零,因為兩物體的距離指的是兩物體重心的距離,換句話說是中心距,而非表面距離。兩物體即便完全表面接觸,但它們的距離仍不為零,所以萬有引力不會無窮大。

這個問題即便在微觀領域也是如此,比如兩個微觀粒子相互零間隙接觸,它們重心的距離也是兩個粒子的半徑之和,儘管這個長度的數量級在負15次方米左右,可以說非常小,但卻不是零,而與此同時,粒子質量的數量級為負的30次方左右,可以說更小,這樣一抵消,萬有引力仍然很小。

要想兩粒子的重心距離為零,那隻能兩粒子完全重合,這種重合不只是平面的重合,而是三維甚至四維的重合,且不說這種重合能不能實現,即使實現了,那兩粒子的結合能也遠超尋常意義上的原子能,萬有引力變得非常大。但即使如此,也不會變成無窮大。因為在分母趨向於零的同時,分子也趨向於零(因為只有靜止質量接近零或等於零的粒子才有可能重合),而0/0型的函數往往是存在極限的,數值不會是無限大。

萬有引力定律雖然是經典力學的定律,但也是現代物理的近視定律,不管在宏觀還是在微觀,它都是科學定律,都有著很廣的適用範圍。以上就是我的回答。


物原愛牛毛1


答:這正是萬有引力的侷限性之一,需要用量子力學或者廣義相對論來解決!


萬有引力的深層原理,涉及到複雜的廣義相對論知識,這裡我們不用廣義相對論來解釋,我們來看量子力學的解釋。

萬有引力定律描述:可看成兩個質點的物體,質量分別是M和m,相對距離r,那麼它們之間的萬有引力大小為F=GMm/r^2。



該公式利用的前提是,兩個物體可以看成質點,對於不可看成質點的物體,該公式將不再適用;比如兩物體間的相對距離非常小時,利用該公式將得到發散的引力,這顯然是錯誤的。


我們從微觀來看,兩個物體相互接近時,距離並不會無限靠近,原因有兩點:

(1)不同原子的核外電子間,存在排斥力;

(2)不同原子的原子核間,存在排斥力;



電磁相互作用非常強,比萬有引力高39個數量級,加上量子力學的限制,使得兩個相互接近的原子,並不會無限靠近,所以萬有引力自然不會無限大。


我們可以用經典力學的模型,來簡單估計一下,氫原子的原子核,與核外電子間的萬有引力大小:

氫原子核質量M=1.67×10^(-27)kg;

核外電子質量m=19.31×10^(-31)kg;

氫原子半徑為r=0.53×10^(-10)m;

於是,兩者間的萬有引力F:

F=GMm/r^2≈4×10^(-47)N;

我們看到,雖然氫原子核與核外電子間的距離非常近,但是它們之間的萬有引力小到忽略不記,完全沒法和它們之間的電磁力相比。

所以正常情況下,萬有引力並不會出現發散的情況。


物質有很多原子組成,就算把這些大量的原子算上,正常情況下也不會把萬有引力疊加到無窮大。




除非特殊情況,比如中子星、夸克星和黑洞,它們內部已不再是普通物質,原子已經被“壓碎”,廣義相對論描述該類天體時,就會出現引力發散的情況。

而且,很有可能這正是當前理論的侷限性所在。


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艾伯史密斯


從萬有引力公式來看,引力與距離成反比,距離越近引力越強,似乎沒毛病。

但這樣就產生一個矛盾:如果我們將兩塊任意物體靠在一起,按理說它們應該就分不開了,因為二者的距離趨向於零,引力無窮大。

很顯然這很荒唐,至少絕大部分物體並不會出現這樣的狀況。難道是萬有引力公式錯了嗎?

其實原因在於:電磁力。

宇宙中存在四種基本作用力,引力是我們最直觀也是最常見的一種力,但同時它也是最弱的一種力。見下圖

比如兩個電子,受引力影響它們會相互吸引,但同時受電磁力影響,它們也在相互排斥對方,很明顯電磁力遠強於引力,所以兩者靠不到一起。

但對於宇宙尺度來講

引力卻是佔主導位置,比如地球繞著太陽轉等等。

極端一些,比如中子星,質量大、密度大,引力強大到直接將電子擠到原子核上,同質子中和為中子;最極端的就是黑洞了,我們已經無法知曉其內部是什麼構造了。

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賽先生科普


兩個物體靠很近,根據萬有引力公式,引力會非常大嗎?為什麼?

想必各位應該對天體的洛希極限範圍印象頗為深刻,土星的光環就是在其洛希極限內形成,天體的引力能夠作用到如此極致,可見在宏觀狀態下引力對於維繫天體間的運行有著強大的作用。

天體的洛希極限計算公式

天體在洛希極限內碎裂的示意圖

但這僅僅是在宏觀狀態下天體之間的作用力計算而已,因為在這個距離下,四種基本作用力中只有引力可以做到在遠距離範圍內互相作用,而其他三種,則只能在其自己的框架內發揮各自的作用而已。在極為靠近的兩個物體間,比如兩個互相靠近的鐵塊,如果上面帶有磁性的話引力絕對不如剩磁帶來的作用力強,或者在兩個製造出非常平的表面貼合時,即使沒有磁性也有一個不小的吸引力,這完全引力無關,如果要確定其屬性的話,仍然還是在電磁相互作用力的範疇之內!

微觀狀態下,強相互作用力最強的,看過三體的朋友應該對強相互作用力製造的水滴記憶猶新吧,如果我們有一種技術可以將強相互作用力的材料覆蓋於金屬表面,那麼迄今為止將沒有一種穿甲彈可以穿透,將成為有史以來最偉大的防彈材料!

我們所有的穿甲彈在穿透強相互作用力下的材料表面時就是這個效果

但強相互作用力的距離極小,只發生與10^-15M範圍內,而引力,在此時已經減小到10^-39,在這個數量級下甚至可以忽略不計!當然您不能認為兩個天體在相距如此小的時候不會發生什麼事情,因為天體之間的宏觀狀態並不適合10^-39這個計算方式,因為在天體相遇之前,即會首先受到引力作用下的洛希極限的影響,再近的距離會受到天體間撞擊的互相影響,很簡單,兩個相距很近的天體相撞時您可以動能計算方式算出來這兩個撞擊時能量有多大。

E=0.5MV²

E單位:焦耳,物體質量(單位千克),物體運動速度(單位米/秒)

如上敘述,有讓您對引力和各種作用力的影響有些簡單瞭解嗎?


星辰大海路上的種花家


萬有引力就是扯蛋。按照萬有引力公式。所有星球都會“粘”在一起,而且是越粘越緊,無法拉開。

我認為:物體互相靠近的力,是有相對速度形成的。沒有相對速度,彼此沒有互相靠近趨勢。

月球上,沒有引力。人類登上月球也是假的。

月兔,為什麼在月球上開不動了。因為,登月器跟月球沒有相對速度,然後,對月面沒有摩擦力,無法移動。


愛胡鬧的高僧


任意兩個質點有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。

萬有引力定律的兩個重要推論

推論1 在勻質球層的空腔內任意位置處,質點受到的萬有引力的合力為零,即∑F=0.

推論2 在勻質球體內部距離球心r處,質點受到的萬有引力等於半徑為r的球體的引力,即

F′=G(M′m)/r2.

對於距離較近不能看成質點的物體,可以將其微分,每一個微分間萬有引力還可以用萬有引力定律計算,再累加,也就是積分,這樣對任何物體,萬有引力定律都適用。當把質量為m的物體放在地球的中心,那麼物體與地球之間的萬有引力可以把地球微分再考慮與物體的萬有引力,先把地球分成很多球殼,球殼再分兩半,由於對稱作用每個球殼對物體萬有引力都是零,合成後仍是0。


揮灑FLY


萬有引力是一個物質,怎麼是兩個物質?兩個物質是作用力與反作用力,我物理學得不對嗎?還是有新的理論了?

萬有引力取決於物質的質量,作用力反作用力也取決於物質的質量。

運動光子質量很小,恆星萬有引力再大,對於高速小物質作用也不大。

相互作用力只取決於雙方的質量,地球發出光是光速,太陽發出的光也是光速,你說有區別嗎?


亦路514


萬有引力公式是:

F=GMm/R^2,你要知道常數G=6.75e-11,這個值是很小的,距離近又如何?負11次方可以抵消很多。

你不妨算一下兩個100kg的人,距離1m,相互之間的引力。忽略人體外形本身的影響,簡化為點。計算出來是引力才6.75e-7牛頓。

若距離1mm,萬有引力為6.75e-1牛頓,依舊非常小。(嚴格來說,此時距離太近,人體本身的尺寸遠遠大於距離,已經不能簡化為質量點了,需要求積分運算,實際算出來會比上述值小很多)

so,很多事情,不能想當然。自己稍微動動手,在Excel表格裡面編寫一個公式,立馬就能求出結果進行驗證。


simxpert


根據萬有引力公式,兩個物體相距無窮小的時候,引力就會無窮大,這顯然是不可能的。類似的還有庫侖力。這個無窮大還出現在了相對論中(忘了是啥了),總之無窮大是不可能的,這是理論上的缺陷,。為解決“無窮大”以及大一統的問題,提出了超弦理論。

有錯請指正。勿噴


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