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01

引言

重力和引力，是我們生活中經(jīng)常聽(tīng)到的兩個(gè)詞匯。

很多人認(rèn)為重力就是引力，這兩個(gè)概念是一個(gè)意思——但這種想法并不正確。

今天宇宙君就來(lái)把它們放在一起，細(xì)細(xì)講解，看看這兩個(gè)概念究竟有何不同。

02

先說(shuō)引力

引力又被稱(chēng)為萬(wàn)有引力，這是因?yàn)槿我鈨蓚€(gè)物體或者粒子之間都存在著引力。

引力是宇宙中四種基本相互作用力之一，其余的三種分別是：強(qiáng)力，弱力和電磁力。現(xiàn)在弱力和電磁力已經(jīng)被統(tǒng)一到了一起了，但是我們還是習(xí)慣說(shuō)四種基本相互作用。

引力是四種相互作用力中最弱的一種，兩個(gè)質(zhì)子間的萬(wàn)有引力只有它們間的電磁力的1/（1.235*10的36次方），即1.235萬(wàn)億億億億分之一。

引力的大小，可以用牛頓的萬(wàn)有引力定律來(lái)計(jì)算：

引力形成的原因，目前來(lái)說(shuō)科學(xué)界并無(wú)定論。其中最具說(shuō)服力和想象力的是廣義相對(duì)論，認(rèn)為萬(wàn)有引力是由于時(shí)空彎曲而產(chǎn)生。

簡(jiǎn)單來(lái)解釋一下吧：眾所周知，兩點(diǎn)之間線段最短，這是在平面幾何中的公理；這線段就是短程線。然而，在被彎曲的四維時(shí)空里，短程線也被彎曲了，所以產(chǎn)生了引力這種效果。

03

再說(shuō)重力

重力是我們從初中階段就開(kāi)始學(xué)習(xí)的力，也是最重要、最常見(jiàn)的力之一。但是，國(guó)內(nèi)外各種書(shū)籍對(duì)重力概念的定義不盡一致，基本上分為以下幾類(lèi)。

為了突出重點(diǎn)，我把文字用圖片表示出來(lái)了，紅色為重點(diǎn)信息。

這些概念如果看的不太明白，也沒(méi)關(guān)系，下面會(huì)把以上概念再分成兩類(lèi)：

第一類(lèi)說(shuō)法：重力就是引力——地球?qū)ξ矬w的吸引產(chǎn)生的力。（包括上圖中的第1，第2，第5）

第二類(lèi)說(shuō)法：重力是某個(gè)力的平衡力——比如懸線的拉力，地表的支持力等或是自由落體加速度效果的產(chǎn)生原因。（包括上圖中的第3，第4）

這兩種說(shuō)法在某種程度上都是對(duì)的，只是看待重力的精細(xì)程度不同而已。

第一種說(shuō)法，其實(shí)是非常粗糙的；而第二種說(shuō)法，則更接近本質(zhì)。

從第二種說(shuō)法來(lái)看，重力和引力是不同的。

04

重力和引力的關(guān)系

通常所指的重力是由于引力而產(chǎn)生的，重力是引力的一部分；但我們也聽(tīng)過(guò)人造重力，這種重力的產(chǎn)生不是由于引力，而是由于運(yùn)動(dòng)。

重力是一種作用效果，所謂的效果，其實(shí)就一種感覺(jué)。

而引力是與距離和質(zhì)量相關(guān)一種基本作用，這種作用有著嚴(yán)格的計(jì)算方法（萬(wàn)有引力）。

但是，我們要知道，一個(gè)力的大小和一個(gè)力的作用效果之間并不是那種直接明了的關(guān)系，還和很多其他要素有關(guān)。

比如同樣一個(gè)力，作用在不同質(zhì)量的物體上，產(chǎn)生的加速度（其實(shí)就是作用效果）就不同；同樣的力，作用在不同運(yùn)動(dòng)的物體上，產(chǎn)生的效果也不同。

所以，重力是引力的一種作用效果，這種效果不止跟引力有關(guān)還和其他因素有關(guān)——比如地球自轉(zhuǎn)；

產(chǎn)生重力的效果，不僅僅只能依靠引力，還可以依靠運(yùn)動(dòng)——比如，坐在一個(gè)做圓周運(yùn)動(dòng)的空間里，會(huì)產(chǎn)生和重力一樣的作用效果。

下面通過(guò)進(jìn)行具體的計(jì)算來(lái)分析和說(shuō)明。

05

考慮地球自轉(zhuǎn)，具體計(jì)算分析

我們隨著地球一起自轉(zhuǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度是非?？斓模s430米每秒，已經(jīng)超過(guò)聲速了。

因此，我們會(huì)需要一個(gè)力來(lái)維持這種圓周運(yùn)動(dòng)，這個(gè)力，通常被稱(chēng)為向心力。

向心力并不是一種具體屬性的力，而是一種效果力，這里在不影響說(shuō)明的情況下，姑且把它稱(chēng)為一個(gè)力。

這個(gè)力的大小可以用向心力公式來(lái)計(jì)算：

我們?cè)诘厍虮砻?，受到地球的萬(wàn)有引力是：

那么，真正我們感受到的效果，也就是感受到的重力是：

也就是說(shuō)，引力的一部分，提供了我們隨著地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力；另一部分，讓我們產(chǎn)生了重重的感覺(jué)——即產(chǎn)生了重力。

由于F向只有F引的3%~4%，所以，在不精確的分析中，我們認(rèn)為G=F引，即重力等于引力——這就是為什么很多人混淆這兩個(gè)概念的原因。

進(jìn)一步分析

如果，向心力變大了，比如地球自轉(zhuǎn)的速度增大了，此時(shí)引力是不會(huì)變化的，那么重力就會(huì)減少。

根據(jù)上圖中的式子，這是顯而易見(jiàn)的。

我們想象一下極限情況，當(dāng)向心力等于引力時(shí)，重力就變?yōu)榱?，也就是我們完全失重了！

我們會(huì)飄在空中，而不會(huì)像現(xiàn)在這樣緊緊貼在地面上——其實(shí)，空間站中的宇航員，就是處于這種狀態(tài)，他們的引力依然存在，和地面差不多大，但是重力完全為零——因?yàn)樗麄冸S著空間站一起，繞地球高速飛行，向心力等于重力了。

對(duì)了，要達(dá)到這種“向心力等于引力，重力變?yōu)?”的速度，就是我們常說(shuō)的第一宇宙速度，大小約為8公里每秒鐘。

06

自由落體和圓周運(yùn)動(dòng)

下面再來(lái)分析運(yùn)動(dòng)對(duì)重力的影響。

第一，自由落體：

當(dāng)我們做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于只受到引力的作用，所以全部的加速度都來(lái)源于引力。

這個(gè)加速度同樣包括“隨地球自轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度”和“相對(duì)地面的自由落體加速度”。

這兩個(gè)加速的效果，占用了全部的引力，所以，重力也是為0——因此，自由落體運(yùn)動(dòng)也是一個(gè)完全失重的狀態(tài)。

第二，加速運(yùn)動(dòng)：

為了產(chǎn)生重力的效果，其實(shí)不一定需要引力，加速運(yùn)動(dòng)同樣可以做到。

當(dāng)你坐在一個(gè)飛船里，朝著一個(gè)方向加速度的時(shí)候，你會(huì)感覺(jué)（或者說(shuō)需要）來(lái)自于飛船的支持力，這個(gè)支持力維持了你的加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)——也讓你產(chǎn)生了重力的感覺(jué)。

同樣，當(dāng)你坐在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的飛船里，向心加速度也會(huì)產(chǎn)生重力的效果。

以上兩種情況，可以看出運(yùn)動(dòng)對(duì)重力的影響。

06

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上面的講解，相信各位讀者對(duì)重力和引力的關(guān)系，已經(jīng)有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。

這里簡(jiǎn)單總結(jié)一下：

重力是一種效果力，可以來(lái)源于引力，也可以來(lái)源于運(yùn)動(dòng)；

通常說(shuō)的重力和引力，由于大小差不多，所以被混為一談了；

引力的本質(zhì)還未探明，但是廣義相對(duì)論對(duì)引力的解讀目前最為流行。

（完）

參考資料：

1. 百度百科：萬(wàn)有引力

2. 《費(fèi)曼物理學(xué)講義》

3. 《蘇格爸的奇妙物理》

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