03.02 两个物体靠很近,根据万有引力公式,引力会非常大吗?为什么?

东方斯坦


引力是一种很弱很弱的力,就算我们把物体之间的距离缩得很小很小,它(跟其他的力相比)也没法变得很大很大,而且,当距离真的缩小到一定程度时,还会出现量子力学效应,所以其实很小的距离是没法实现的,这也是为什么在微观世界,我们几乎总是可以忽略万有引力。

在考虑类似的问题的时候,其实可以动笔做一个简单的计算,考虑两个电子不断靠近,你可以根据库仑力的公式和万有引力定律计算一下这两个电子之间的相互作用变化情况,只需要稍稍计算一下你就会发现,不管在怎样的距离上,电磁相互作用都是远比万有引力更强得多得多的。事实上,可以计算得到,在四种相互作用中,引力是最弱的(下表引自维基百科):

对是两个电子的情况,在万有引力变得足够强之前,电子之间的斥力就会使得两个电子远离了。而各种分子间的相互作用其本质也还是电磁相互作用,所以不管怎样,只要粒子的质量是很小的,我们几乎总可以忽略粒子之间的万有引力。


傅渥成


这个问题不难回答。万有引力公式F=GMm/r²中,万有引力与两物体质量乘积成正比,与两物体的距离的平方成反比。的确两物体的距离越小,引力越大。但这个距离不可能等于零,因为两物体的距离指的是两物体重心的距离,换句话说是中心距,而非表面距离。两物体即便完全表面接触,但它们的距离仍不为零,所以万有引力不会无穷大。

这个问题即便在微观领域也是如此,比如两个微观粒子相互零间隙接触,它们重心的距离也是两个粒子的半径之和,尽管这个长度的数量级在负15次方米左右,可以说非常小,但却不是零,而与此同时,粒子质量的数量级为负的30次方左右,可以说更小,这样一抵消,万有引力仍然很小。

要想两粒子的重心距离为零,那只能两粒子完全重合,这种重合不只是平面的重合,而是三维甚至四维的重合,且不说这种重合能不能实现,即使实现了,那两粒子的结合能也远超寻常意义上的原子能,万有引力变得非常大。但即使如此,也不会变成无穷大。因为在分母趋向于零的同时,分子也趋向于零(因为只有静止质量接近零或等于零的粒子才有可能重合),而0/0型的函数往往是存在极限的,数值不会是无限大。

万有引力定律虽然是经典力学的定律,但也是现代物理的近视定律,不管在宏观还是在微观,它都是科学定律,都有着很广的适用范围。以上就是我的回答。


物原爱牛毛1


答:这正是万有引力的局限性之一,需要用量子力学或者广义相对论来解决!


万有引力的深层原理,涉及到复杂的广义相对论知识,这里我们不用广义相对论来解释,我们来看量子力学的解释。

万有引力定律描述:可看成两个质点的物体,质量分别是M和m,相对距离r,那么它们之间的万有引力大小为F=GMm/r^2。



该公式利用的前提是,两个物体可以看成质点,对于不可看成质点的物体,该公式将不再适用;比如两物体间的相对距离非常小时,利用该公式将得到发散的引力,这显然是错误的。


我们从微观来看,两个物体相互接近时,距离并不会无限靠近,原因有两点:

(1)不同原子的核外电子间,存在排斥力;

(2)不同原子的原子核间,存在排斥力;



电磁相互作用非常强,比万有引力高39个数量级,加上量子力学的限制,使得两个相互接近的原子,并不会无限靠近,所以万有引力自然不会无限大。


我们可以用经典力学的模型,来简单估计一下,氢原子的原子核,与核外电子间的万有引力大小:

氢原子核质量M=1.67×10^(-27)kg;

核外电子质量m=19.31×10^(-31)kg;

氢原子半径为r=0.53×10^(-10)m;

于是,两者间的万有引力F:

F=GMm/r^2≈4×10^(-47)N;

我们看到,虽然氢原子核与核外电子间的距离非常近,但是它们之间的万有引力小到忽略不记,完全没法和它们之间的电磁力相比。

所以正常情况下,万有引力并不会出现发散的情况。


物质有很多原子组成,就算把这些大量的原子算上,正常情况下也不会把万有引力叠加到无穷大。




除非特殊情况,比如中子星、夸克星和黑洞,它们内部已不再是普通物质,原子已经被“压碎”,广义相对论描述该类天体时,就会出现引力发散的情况。

而且,很有可能这正是当前理论的局限性所在。


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艾伯史密斯


从万有引力公式来看,引力与距离成反比,距离越近引力越强,似乎没毛病。

但这样就产生一个矛盾:如果我们将两块任意物体靠在一起,按理说它们应该就分不开了,因为二者的距离趋向于零,引力无穷大。

很显然这很荒唐,至少绝大部分物体并不会出现这样的状况。难道是万有引力公式错了吗?

其实原因在于:电磁力。

宇宙中存在四种基本作用力,引力是我们最直观也是最常见的一种力,但同时它也是最弱的一种力。见下图

比如两个电子,受引力影响它们会相互吸引,但同时受电磁力影响,它们也在相互排斥对方,很明显电磁力远强于引力,所以两者靠不到一起。

但对于宇宙尺度来讲

引力却是占主导位置,比如地球绕着太阳转等等。

极端一些,比如中子星,质量大、密度大,引力强大到直接将电子挤到原子核上,同质子中和为中子;最极端的就是黑洞了,我们已经无法知晓其内部是什么构造了。

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赛先生科普


两个物体靠很近,根据万有引力公式,引力会非常大吗?为什么?

想必各位应该对天体的洛希极限范围印象颇为深刻,土星的光环就是在其洛希极限内形成,天体的引力能够作用到如此极致,可见在宏观状态下引力对于维系天体间的运行有着强大的作用。

天体的洛希极限计算公式

天体在洛希极限内碎裂的示意图

但这仅仅是在宏观状态下天体之间的作用力计算而已,因为在这个距离下,四种基本作用力中只有引力可以做到在远距离范围内互相作用,而其他三种,则只能在其自己的框架内发挥各自的作用而已。在极为靠近的两个物体间,比如两个互相靠近的铁块,如果上面带有磁性的话引力绝对不如剩磁带来的作用力强,或者在两个制造出非常平的表面贴合时,即使没有磁性也有一个不小的吸引力,这完全引力无关,如果要确定其属性的话,仍然还是在电磁相互作用力的范畴之内!

微观状态下,强相互作用力最强的,看过三体的朋友应该对强相互作用力制造的水滴记忆犹新吧,如果我们有一种技术可以将强相互作用力的材料覆盖于金属表面,那么迄今为止将没有一种穿甲弹可以穿透,将成为有史以来最伟大的防弹材料!

我们所有的穿甲弹在穿透强相互作用力下的材料表面时就是这个效果

但强相互作用力的距离极小,只发生与10^-15M范围内,而引力,在此时已经减小到10^-39,在这个数量级下甚至可以忽略不计!当然您不能认为两个天体在相距如此小的时候不会发生什么事情,因为天体之间的宏观状态并不适合10^-39这个计算方式,因为在天体相遇之前,即会首先受到引力作用下的洛希极限的影响,再近的距离会受到天体间撞击的互相影响,很简单,两个相距很近的天体相撞时您可以动能计算方式算出来这两个撞击时能量有多大。

E=0.5MV²

E单位:焦耳,物体质量(单位千克),物体运动速度(单位米/秒)

如上叙述,有让您对引力和各种作用力的影响有些简单了解吗?


星辰大海路上的种花家


万有引力就是扯蛋。按照万有引力公式。所有星球都会“粘”在一起,而且是越粘越紧,无法拉开。

我认为:物体互相靠近的力,是有相对速度形成的。没有相对速度,彼此没有互相靠近趋势。

月球上,没有引力。人类登上月球也是假的。

月兔,为什么在月球上开不动了。因为,登月器跟月球没有相对速度,然后,对月面没有摩擦力,无法移动。


爱胡闹的高僧


任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

万有引力定律的两个重要推论

推论1 在匀质球层的空腔内任意位置处,质点受到的万有引力的合力为零,即∑F=0.

推论2 在匀质球体内部距离球心r处,质点受到的万有引力等于半径为r的球体的引力,即

F′=G(M′m)/r2.

对于距离较近不能看成质点的物体,可以将其微分,每一个微分间万有引力还可以用万有引力定律计算,再累加,也就是积分,这样对任何物体,万有引力定律都适用。当把质量为m的物体放在地球的中心,那么物体与地球之间的万有引力可以把地球微分再考虑与物体的万有引力,先把地球分成很多球壳,球壳再分两半,由于对称作用每个球壳对物体万有引力都是零,合成后仍是0。


揮灑FLY


万有引力是一个物质,怎么是两个物质?两个物质是作用力与反作用力,我物理学得不对吗?还是有新的理论了?

万有引力取决于物质的质量,作用力反作用力也取决于物质的质量。

运动光子质量很小,恒星万有引力再大,对于高速小物质作用也不大。

相互作用力只取决于双方的质量,地球发出光是光速,太阳发出的光也是光速,你说有区别吗?


亦路514


万有引力公式是:

F=GMm/R^2,你要知道常数G=6.75e-11,这个值是很小的,距离近又如何?负11次方可以抵消很多。

你不妨算一下两个100kg的人,距离1m,相互之间的引力。忽略人体外形本身的影响,简化为点。计算出来是引力才6.75e-7牛顿。

若距离1mm,万有引力为6.75e-1牛顿,依旧非常小。(严格来说,此时距离太近,人体本身的尺寸远远大于距离,已经不能简化为质量点了,需要求积分运算,实际算出来会比上述值小很多)

so,很多事情,不能想当然。自己稍微动动手,在Excel表格里面编写一个公式,立马就能求出结果进行验证。


simxpert


根据万有引力公式,两个物体相距无穷小的时候,引力就会无穷大,这显然是不可能的。类似的还有库仑力。这个无穷大还出现在了相对论中(忘了是啥了),总之无穷大是不可能的,这是理论上的缺陷,。为解决“无穷大”以及大一统的问题,提出了超弦理论。

有错请指正。勿喷


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