地心的吸引力

是什么使衛(wèi)星保持在空中？這種玩具制作起來很容易，用起來也很有趣，而且還證明了一個(gè)很重要的概念。

“重力”是指地心引力作用于物體質(zhì)量（物質(zhì)的多少）產(chǎn)生的力。在月球上，物體的質(zhì)量與其在地球上是一樣的，但其重力卻小得多，因?yàn)樵虑虻囊Σ幌竦厍虻哪敲创?。如果我們?cè)谔罩新?，必須面?duì)的問題之一就是地心引力很小或沒有的情況。在地心引力為零的情況下，很多活動(dòng)都難以進(jìn)行（例如：當(dāng)你和食物都在空中飄來飄去時(shí)，是很難把它們吃進(jìn)去的）。肌肉也很快地衰弱，時(shí)間長了，就永遠(yuǎn)也無法復(fù)原了。

材料：

書；筆；細(xì)硬的管子（如麥稈、吸管、圓珠筆管）；細(xì)繩；小球；橡皮或螺帽（或任何可以用來作重物的東西）；膠帶——任選；椅子。

步驟：

1.抓住一本書，松手，會(huì)發(fā)生什么情況？地心引力把它向下拉。一手拿書，一手拿筆，同時(shí)松手，兩樣?xùn)|西哪樣先碰到地面？進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，要保持一定的高度（如站在椅子上）。

2.把一段繩子（大約1米長）穿到一個(gè)管子里，然后在兩頭各系上一個(gè)重物，要確保繩子把重物系牢了，有必要的話可用膠帶。如果重物飛出來會(huì)很危險(xiǎn)。

3.上方的物體代表衛(wèi)星，下方的代表地心引力。讓衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)起來。下方的物體上升了嗎？你能否做到既使衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)又使下方物體保持不動(dòng)？也就是當(dāng)衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)時(shí)，下方的物體既不向上移動(dòng)，也不向下移動(dòng)，這需要反復(fù)練習(xí)，要想保持一定的“軌道”，由衛(wèi)星自轉(zhuǎn)引起的向外的拉力，必須與地心引力（下方的物體）保持平衡。

4.改變“軌道”的半徑（如，使衛(wèi)星沿較大的圈旋轉(zhuǎn)），這種情況下，要想使下方的物體保持水平，衛(wèi)星的速度應(yīng)加快還是減慢？

5.如果上方的物體或下方的物體質(zhì)量增加（如，系上兩個(gè)物體代表衛(wèi)星或兩個(gè)代表地心引力），會(huì)出現(xiàn)什么情況？

哪種質(zhì)量組合使我們不得不加快衛(wèi)星的速度以使其處于穩(wěn)定的“軌道”中呢？

話題：力　地球　行星

“地心引力”就是把物體向地心拉的力。不論物體的大小、質(zhì)量如何，地心引力對(duì)所有的物體都施以均等的力。其它天體（如其它小行星或月球）也會(huì)施加重力，重力的大小取決于天體的質(zhì)量。萬有引力幫助人造衛(wèi)星及自然的衛(wèi)星保持在各自的軌道上（例如：月亮繞著地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)）。

人造衛(wèi)星是基本上能自控的星體，帶有傳感器、一個(gè)用來收集、存貯及傳送信息的中心數(shù)據(jù)處理器、訊號(hào)發(fā)射和接受裝置以及由太陽能吸熱板和太陽能電池組成的供電系統(tǒng)。當(dāng)人造衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)，地球的萬有引力阻止了它脫離軌道進(jìn)入太空?；鸺o衛(wèi)星施給初始動(dòng)力，使之進(jìn)入太空，衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行的速度使之得以停留在太空中。與此同時(shí)，地心引力一直對(duì)衛(wèi)星施以拉力，使之保持在圓形軌道上的運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星必須有一個(gè)最合適的沿軌道旋轉(zhuǎn)的速度；否則它就會(huì)被拉得離地球越來越近，衛(wèi)星離地球越近，地球?qū)ζ洚a(chǎn)生的引力也就越小。由于引力小了，衛(wèi)星就可以比較低的速度沿軌道旋轉(zhuǎn)而不至于被拉回到地球上。

教你一招

地心引力

地心引力（Gravity），一切有質(zhì)量的物體之間產(chǎn)生的互相吸引的作用力。地球?qū)ζ渌矬w的這種作用力，叫做地心引力。其他物體所受到的地心引力方向向著地心。這是由于地球自轉(zhuǎn)造成的，地球自轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)叫地轉(zhuǎn)偏向力的力。在北半球它使物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)方向向右偏；在南半球它使物體運(yùn)動(dòng)時(shí)方向向左偏，所以在北半球是逆時(shí)針，在南半球的話就是順時(shí)針，根據(jù)牛頓的萬有引力定律，任何有質(zhì)量的兩種物質(zhì)之間都有引力。

地球本身有相當(dāng)大的質(zhì)量，所以也會(huì)對(duì)地球周圍的任何物體表現(xiàn)出引力。拿一個(gè)杯子舉例，地球隨時(shí)對(duì)杯子表現(xiàn)出引力，杯子也對(duì)地球表現(xiàn)出引力。地球的質(zhì)量太大了，對(duì)杯子的引力相對(duì)自身質(zhì)量來說也就非常大，加速度也就比較大，所以，就把杯子吸引過去了，方向，就是向著地球中心的方向，這個(gè)力就是地心引力。

重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力。由于地球本身的自轉(zhuǎn)，除了兩極以外，地面上其他地點(diǎn)的物體，都隨著地球一起，圍繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這就需要有垂直指向地軸的向心力，這個(gè)向心力只能由地球?qū)ξ矬w的引力來提供，我們可以把地球?qū)ξ矬w的引力分解為兩個(gè)分力，一個(gè)分力F1，方向指向地軸，大小等于物體繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力；另一個(gè)分力G就是物體所受的重力。其中F1=mw2r（w為地球自轉(zhuǎn)角速度，r為物體旋轉(zhuǎn)半徑），可見F1的大小在兩極為零，隨緯度減少而增加，在赤道地區(qū)為最大F1max。因物體的向心力是很小的，所以在一般情況下，可以認(rèn)為物體的重力大小就是萬有引力的大小，即在一般情況下可以略去地球轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。