认识重力

杨友明

300多年前，英国有一个青年，名叫艾萨克·牛顿.有一天，他正坐在苹果树下休息，忽然一个苹果掉下来，砸到他的头上.牛顿摸了摸被砸痛的地方，捡起苹果就想到一个问题：当把苹果抛向空中时，它为什么不一直向上升去，而总是向下落呢？牛顿突然有一种奇怪的想法，是不是有一种看不见的力量在起作用，把苹果拉向地面呢？过了很久，牛顿终于解答了这个问题，这是地球通过万有引力作用的结果，这个看不见的力就是重力.

重力是怎样产生的呢？重力的大小是如何计算的呢？重力在什么方向呢？重力的作用点又是如何确定的呢？

一、重力的定义

地面附近的一切物体，不管处于静止状态还是运动状态，不管是否受到其他力的作用，它都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，但重力并不是地球对物体的吸引力，而是引力的一个分力.由于地球自身转动对物体的影响比较小，所以在一般情况下，可以近似地认为物体的重力大小等于引力的大小.在月球上，地球对物体的引力已减弱到可以忽略的程度，这时月球的引力起重要作用，到其他星球表面情况也一样.

二、重力的三要素

1.重力的大小

生活中常把物体受到重力的大小简称为物重.物体重力的大小可以用弹簧测力计来测量，静止或匀速直线运动的物体对弹簧测力计拉力的大小等于重力的大小.根据大量的实验数据可以得出：物体所受重力的大小与它的质量成正比，二者之间的关系为G=mg.其中G表示物体受到的重力，单位用牛顿（N）来表示，m表示物体的质量，单位用千克（kg）来表示，g表示物体所受重力大小与质量之比，约等于9.8N/kg，在不要求精确的情况下，g可取10N/kg.

实际上g的大小并不是一成不变的.它的大小随着纬度的大小而变化.如赤道的地球纬度为0°，g为9.780N/kg；北极的地球纬度90°，g为9.832N/kg.g的大小还与高度有关，海拔越高，g的值越小，反之则越大.利用重力的差异可以探矿，在密度较大的矿石附近地区，物体的重力要比周围地区稍大些，这种方法叫重力探矿.除用于地质勘探外，在大地测量和人造地球卫星、导弹、宇宙飞船航行轨道的准确推算以及天然地震的预报等方面都有广泛的应用.

2.重力的方向

重力的方向始终是竖直向下的.竖直向下不能说成垂直向下，竖直向下指的是与水平面相垂直，与斜面不垂直，因此讲垂直向下或者与接触面垂直都是错误的.与重力方向一致的线叫重垂线，建筑工人在看房子砌得直不直的时候用的就是重垂线.把绳子一端系上物体放在墙边上，将绳子另一端拿起，如果墙跟绳子平行，就说明墙是直的，否则就是歪的.把T字形的水平仪放在工作台面上，观察重垂线与竖杆上的刻线是否重合，若重合，则工作台面水平，否则就不水平.

（3）重力的作用点

一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心.通俗点讲，重心就是重力的作用点.把物体的全部质量集中到一点将不影响研究结果.质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关.有规则形状的物体，它的重心就在几何中心上，例如，均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱体的重心在轴线的中点.质量分布不均匀的物体，形状发生了改变，其重心位置一般也将发生改变.例如，优秀的跳高运动员都采用“背越式”技术.这是因为运动员跳高时，重心升得越高，需要的能量就越大.采用跨越式、滚式、剪式三种姿势时的重心都要高过横杆，而采用背越式时的重心，就不一定高过横杆，这样有利于运动员提高成绩.重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体内部的质量分布有关.例如，一个均匀的球壳，其内部注满了水，在球的底部有一个带阀门的细出水口，在打开阀门让水慢慢流出的过程中，球壳与其中水的共同重心将会先下降后上升.这是因为在注满水时，球壳和水的共同重心在球心，随着水的流出，球壳的重心不变，但水的重心下降，二者共同的重心在下降，当水流完时，重心又回到球心.

重心的位置在生活和生产中有相当重要的意义.例如，起重机在工作时，重心的位置不合适，就容易翻倒；高速旋转的轮子，若重心不在转轴上，就会引起激烈的振动.增大物体的支持面，降低它的重心，就会有助于提高物体的稳定程度，如电扇底座、话筒架、公共汽车站牌等.汽车在设计制造时，通过增加底盘占整个车体重量的比例，降低汽车的重心，可以使汽车在紧急刹车或者转弯时，保持平衡状态，避免撞车、翻车等危及生命安全的交通事故的发生.

如何寻找形状不规则或质量不均匀物体的重心呢？下面介绍一些简单的方法.

A.悬挂法.首先找一根细绳，在物体上找一点，用绳悬挂，划出物体静止后的重力线；同理再找一点悬挂，两条重力线的交点就是物体的重心.

B.支撑法.用一个支点支撑物体，不断变化位置，越稳定的位置，越接近重心.

C.针顶法.用一根细针顶住板子的下面，当板子保持平衡时，针顶的位置就接近重心.

通过悬挂法我们发现圆环的重心在圆心而不在圆环上，因此，物体的重心可以在物体上，也可以在物体外.