行星深處的重力
如果把物體放到行星內(nèi)部深處,譬如一個(gè)幻想的深井底部,這個(gè)物體的重量會(huì)發(fā)生什么樣的改變呢?
很多人認(rèn)為,這樣的話,物體會(huì)變得更重,因?yàn)樗嚯x行星的位置更近了。但這種想法是不對(duì)的。行星中心的引力不是深度越大越強(qiáng),相反,是越深越弱。我們?cè)诖酥缓?jiǎn)要敘述。
力學(xué)證明,如果把一個(gè)物體放在一個(gè)均勻的空心球里面,這個(gè)物體不受到任何引力(圖93)。由此可推知,一個(gè)均勻?qū)嵭那騼?nèi)部的物體所受到的引力,只來(lái)自于以這個(gè)物體距離實(shí)心球中心的距離作半徑的球形中的物質(zhì)(圖94)。
圖93 空心球內(nèi)部的物體不受空心球引力作用。
圖94 行星內(nèi)部的物體的重量,只跟斜線部分的物質(zhì)有關(guān)。
圖95 物體的重量隨著距離行星中心的遠(yuǎn)近而發(fā)生變化。
這也就是說(shuō),物體在行星內(nèi)部深處的重量與它在行星表面的重量之比等于它離行星中心的距離與地球半徑之比。對(duì)一個(gè)如地球般大小、半徑為6400千米的行星而言,在它內(nèi)部深處3200千米處其重量會(huì)減少到原來(lái)的一半;當(dāng)位于它深處5600千米的時(shí)候,重量會(huì)減少到原來(lái)的。
在行星中心,物體的重量就會(huì)全部失去了,因?yàn)椋?/p>
(6400-6400)÷6400=0。
其實(shí)不通過(guò)計(jì)算也可以明白這一點(diǎn)。因?yàn)椋?dāng)物體位于星體內(nèi)部時(shí),它所受到的來(lái)自各方面的引力是一樣的(互相抵消了)。
然而,上面的推理只適用于密度均勻的理想行星。它還需要加以修正才能適用于實(shí)際的行星。比如說(shuō),地球深處的密度比近地面大,所以引力隨著距離中心的遠(yuǎn)近而變動(dòng)的規(guī)律會(huì)和剛才所講的有所不同。它的引力在距離地面不是很深的部分時(shí)是隨著深度增加而增加的,只有繼續(xù)深入的時(shí)候它才開(kāi)始減少。
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