地球如何產(chǎn)生引力的？

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引力是質(zhì)量的固有本質(zhì)之一。每一個物體必然與另一個物體互相吸引。盡管引力的本質(zhì)還有待于確定，但人們早已覺察到了它的存在和作用。接近地球的物體，無一例外地被吸引朝向地球質(zhì)量的中心。因為在地球表面上的任何物體，與地球本身的質(zhì)量相比，實在是微不足道的。

形成原因

假如地球表面完全為自由流動的液態(tài)水所覆蓋，那么這種液體水的表

面呈現(xiàn)一個扁球體，在兩極稍平，而在赤道膨脹，這在前邊已經(jīng)作了簡要的敘述。這個理想的形狀，稱為地球體，它將完美地同全部的重力、轉(zhuǎn)動力相平衡。牛頓定律對于引力的表達(dá)是重力遵循的基礎(chǔ)。眾所周知，該定律的基本表述為：m1與m2這兩個質(zhì)點之間的引力，正比于二者質(zhì)量的乘積，反比于這兩個質(zhì)點中心之間距離的平方，如果說此處的F為作用在m2上的力，那么R1為從m1指向m2的單位向量，r是m1與m2之間的距離，而A是萬有引力常數(shù)。加上負(fù)號表示著力是互相吸引的。

　　很明顯，引力是存在于自然界中強度最小的相互作用力。最近還發(fā)現(xiàn)，A的數(shù)值也不是常數(shù)，而是隨著時間有緩慢的減少。它的這種變化，是由許多原因造成的，其中之一被認(rèn)為是由于地球半徑隨著時間而增加，這樣反過來，又必將對地球的發(fā)展歷史帶來深刻的影響?？墒?，所得出的A值變化速率是如此之小，以至于它在整個地球演化過程中，即在幾十億年的時間內(nèi)，其變化速率只大約為1％，所以在實際應(yīng)用上并無什么真正的價值。

　　由于地球（假定為m1）這個巨大質(zhì)量的存在，使得m2所產(chǎn)生的加速度，稱做重力加速度。它最早是被伽利略在意大利的比薩斜塔上測定的。在地球表面上這個數(shù)值一般定為980厘米／秒2，通常又將1厘米／秒2稱為“伽”（gal），用以紀(jì)念這位偉大的科學(xué)家。重力場是守恒的，也就是說在重力場中，移動一個物體所做的功，獨立于它所經(jīng)過的路徑，而僅僅取決于它的終點。事實上，假如該質(zhì)量最終轉(zhuǎn)到它原來出發(fā)時所處的位置時，其凈能量的消耗等于0，而不管它在其間所走過的道路是什么。這在自然地理面中，是可以很輕易得到證明的。尋常所見的水分循環(huán)，就是一個很好的說明重力守恒的例子。一滴水從海洋面上被蒸發(fā)，克服重力，進入大氣，這是外界做功的結(jié)果。待它由空中重新回歸到海洋時（而不管它是直接落入海洋，還是被運送到幾千公里之外，又隨著河川逕流回到海洋來的），放出了原先克服重力時的那部分功，遵循著重力守恒，使得凈能量的消耗等于0。類似的例子，在地表面是很多的。另外一種對重力守恒的表達(dá)方式就是：動能和勢能之和在一個封閉體系中為一常數(shù)，這涉及到動能與勢能的互相轉(zhuǎn)化，也是我們要經(jīng)常使用的一個規(guī)律。同時要記住引力是一個向量，它的方向是沿著地球的質(zhì)量中心與另外一個物體質(zhì)量中心的連線，這在進行向量分析時，是極為有用的。地球表面的重力大小，一般來說與五個因素有關(guān)，它們是地理緯度、海拔高度、周圍地體的地形、地球潮汐與地表以下物質(zhì)的密度。這最后一個因子，僅僅在進行重力測量中才有價值，一般情況下它對重力變化的影響，要比前四個因子的聯(lián)合效應(yīng)小的多。例如，從赤道到兩極，重力隨著緯度變化的數(shù)量大約為5伽，而油田勘探中的較大重力異常是10毫伽，只相當(dāng)于上述數(shù)字的1／500。在1930年，國際大地測量和地球物理協(xié)會采用了一個公式，給出了在地球這個橢球體上任意一點的重力加速度為：

　　g=g0（1+αsin2Φ+βsin22Φ） (5．9) g——重力加速度；g0——在赤道上的重力加速度，它等于978.0490厘米／秒2；Φ——緯度，常數(shù)α及β分別是0.0052884和-0.0000059。自從1930年以來，由于在重力測量中獲取了大量的資料，特別是通過人造地球衛(wèi)星的準(zhǔn)確測定，上式中的常數(shù)已經(jīng)有了進一步的改動。

　　從自然地理學(xué)的角度來看，我們的著眼點不在于尋求計算重力或進行訂正的準(zhǔn)確公式，而在于利用這種重力分析的基本原理，闡述物質(zhì)在進入自然地理面和輸出到環(huán)境時的愛力狀況，在這些受力當(dāng)中，重力是特別應(yīng)當(dāng)考慮的一項。舉凡地形的改變、物質(zhì)的搬運和堆積、氣團的運動、水分的循環(huán)、生物的生長，甚至于地球物質(zhì)的調(diào)整等，離開了重力的分析，就不可能得出正確的結(jié)果。前面已

經(jīng)講過，重力最為明顯的表達(dá)，一般都在地球固體表面之上。在其下并非重力消失了，只是不容易有如固體表面之上那樣明顯地看出來罷了，此外作為研究的對象來說，我們亦不去特別關(guān)注地層深處的重力狀況，而只接受它所帶來的對地表造成的后果。進而看到，在海平面之上陸地面積約占全球總表面積的29％，以雨和雪降下來的水，必然經(jīng)受重力的作用回歸到海洋中去。這樣，每一次落到地表上的降水，都具有比例于本身質(zhì)量和海平面以上高度的乘積，這樣數(shù)值的能量，這就是它所具的勢能。在陸地地表，亦有個別的點低于海平面，例如我國的吐魯番盆地，美國加利福尼亞的死谷等，它們之所以能在陸面上保持這種例外的情況，一是由于其面積小，二是由于這些盆地均處于干旱區(qū)，很少有降水發(fā)生。假如把它們移到濕潤地區(qū)，這種低于海平面的狀況決不會保持很久，在重力的參與下，很快就要被水充滿或被水所帶來的風(fēng)化物質(zhì)填注，以補足海平面在全球延伸中的“漏洞”。重力在自然地理面中的表現(xiàn)，既平常又深刻，對此應(yīng)有充分的認(rèn)識，現(xiàn)粗略地討論一下重力在改造地表形態(tài)上的作用。陸地表面由于風(fēng)化作用而造成的松散物質(zhì)，在一定的條件下，由于力的作用是要移動的。

　　無論是從高處到低處的滾動、滑落、崩塌，還是通過河流的輸運，風(fēng)的挾帶等，其中一個極重要的因素就是重力的參與。我們以一個在坡面上運動的巖塊為例，簡要分析一下重力的作用。由分析得知，重力的一個分力，即巖塊向下滑動的力，比例于所處坡度的正弦，當(dāng)然還取決于這個坡面的摩擦系數(shù)。一克重的巖塊在坡度為45°時，向下滑動的分力為0.7克；而當(dāng)該坡度等于60°時，這個分力將增加到0.87克（如圖5．5）。由于摩擦系數(shù)很少有大于1的狀況，因此單憑摩擦系數(shù)的阻抗，在坡度大于45°時，將支持不住重力所引起的向下滑動的分力。事實上，比40°更為陡峭的自然坡度在全球是很少見的，因為如果有超出40°的角度時，重力作用將比較迅速地對此加以改變，由此可以看出重力改變地表形態(tài)的作用來。

　　在討論地球重力的同時，我們對于其它星體產(chǎn)生的類似于地球引力的作用力，也要加以必要的重視。最主要的就是月亮和太陽對地球的引力。

　　月亮和地球的距離很近，約等于三十個地球的直徑，根據(jù)萬有引力定律，引力與距離的平方成反比，因而盡管月球的質(zhì)量不算太大，但對于地球上各個質(zhì)點的引力卻相對的要大一些。太陽的質(zhì)量很大，約等于二千億億億噸，是地球質(zhì)量的三十三萬倍，但由于地球與太陽之間的距離太遠(yuǎn)，是月球—地球之間距離的四百倍，因此，它對地球的引力，只是月球?qū)Φ厍蛞Φ?6％。所以，地球上的潮汐現(xiàn)象是太陽和月亮二者作用力的合成，這里我們只需了解月亮的引力作用比太陽更大這一點就夠了。地球的質(zhì)量是月球的81.5倍，因此月—地系統(tǒng)的公共質(zhì)量中心，必然大大地偏向于地球一側(cè)，大約在距地心0.73倍地球半徑的地方，兩個球體每月繞著這個共同的質(zhì)量中心轉(zhuǎn)動。月球?qū)τ诘厍虻囊绷倘恢匾?，但這個引潮力的數(shù)量值卻并不太大，只相當(dāng)于地球重力的千萬分之一。對于地球上一個10噸重的物體來說（即重力等于10噸），其引潮力僅有1克。這樣小的力，人通常是感覺不出來的。但地球?qū)?

這種不大的引潮力，反應(yīng)卻十分明顯。很早以前，就發(fā)現(xiàn)海水在一日內(nèi)有規(guī)律的漲落（潮汐）與月球有密切關(guān)系。此外，地球不是一個剛體，一般都認(rèn)為它是一個具有彈性的球體，對于具這樣一種特性的球體，在引潮力的作用下，地球的固體巖石地殼也會產(chǎn)生“潮汐”現(xiàn)象，叫做固體潮，每天都要升降達(dá)30厘米左右。當(dāng)然地球?qū)υ虑虻囊绷Ω螅沟迷職ね黄鸷拖侣涞姆冗_(dá)到3公里左右。與此同時，地球上的大氣，也因為這種引潮力，每天都產(chǎn)生著“大氣潮汐”。至于海洋這個龐大的水體，其上的潮汐現(xiàn)象就更為明顯了，加拿大東海岸的芬地灣蒙克頓港，最大潮差達(dá)19.6米，堪稱世界前茅。我國錢塘江口的最大潮差記錄為8.9米，當(dāng)然各個地方由于所處位置及周圍環(huán)境的不同，潮差也是不相同的。月球和太陽的引力在塑造陸地表面的地形方面，也是一個具有一定意義的因素?？档略?775年，曾率先提出把漲潮作為改變地球旋轉(zhuǎn)速度的一個因素。近年來，在探討關(guān)于地震的預(yù)測預(yù)報中，也有人把潮汐力作為一個對地震起因的觸發(fā)因子。此外，對于自然地理來說，更為明顯的則是潮汐對于海陸交界處地形的變更作用，對于岸線的影響作用，以及對于波浪運動的作用等

熱心網(wǎng)友：宇宙是由宏觀物質(zhì)和微觀物質(zhì)構(gòu)成的。我們知道,宇宙的物質(zhì)都是運動的：相對于觀測者來說，有的物質(zhì)運動速度可能較大，有的物質(zhì)運動速度可能較小，有的物質(zhì)運動速度可能為零（相對靜止）；物質(zhì)的運動方向也是無序的（可以向任何方向運動）。那么,對于地球而言,宇宙中運動的物質(zhì)都有可能撞擊地球的表面,除了宏觀的天體(包括小天體)可能撞擊地球之外,每時每刻都會有大量的微觀物質(zhì)撞擊地球的表面。由于宇宙的微觀物質(zhì)具有能量,因此撞擊地球表面的微觀物質(zhì)會給地球表面一個撞擊力。假設(shè)地球表面上有一個物體，它的密度較大，可以部分吸收（或完全吸收）宇宙微觀物質(zhì)的能量?，F(xiàn)在我們來分析這個物體所受宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力情況：物體底面的受力情況：物體的底面由于受到地球的遮擋作用，不會受到來自宇宙微觀物質(zhì)的撞擊（由于地球的厚度很大，宇宙微觀物質(zhì)不可能穿透它）。因此，物體的底面受到的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力為零。物體側(cè)面的受力情況：來自物體正側(cè)面的宇宙微觀物質(zhì)對物體的撞擊力互相抵消（假定來自各個方向的宇宙微觀物質(zhì)的能量都是一樣的）；來自物體側(cè)上方的宇宙微觀物質(zhì)對物體的撞擊力有一個向下的分力；來自物體側(cè)下方的宇宙微觀物質(zhì)被地球部分遮擋，對物體有一個向上的分力。物體上表面的受力情況：顯然，物體的上表面會受到一個向下的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力。上面所述物體受到的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力的合力就是物體所受的重力，也就是所謂的萬有引力。由此可見，地球上物體所受的重力，也就是萬有引力，是由于宇宙微觀物質(zhì)對地球的撞擊所產(chǎn)生的，是宇宙微觀物質(zhì)對地球上物體的撞擊力的合力。在上面的討論中，我們忽略了大氣壓的作用。其實，大氣壓的存在并不影響我們討論的結(jié)果。因為大氣也是一種物質(zhì)，它也受到重力的作用。假設(shè)地球上有一個物體，它的底面由于與地球緊密接觸，因而不會受到大氣壓的作用；它的側(cè)面受到的大氣壓力可以互相抵消；因此，物體就只受到一個向下的大氣壓力。在這里，大氣因為部分遮擋了物體上方宇宙微觀物質(zhì)對該物體的撞擊，它只是把宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力傳遞給該物體，因此，物體所受的重力與沒有大氣壓時是一樣的。物體在水中所受重力情況與在空氣中所受重力情況是一樣的。把一個物體放入水中，物體所受的重力是不變的。因為水雖然會部分遮擋微觀物質(zhì)對物體的撞擊，但同時水也把微觀物質(zhì)的撞擊力傳遞給物體，所以，物體所受的重力是不變的。當(dāng)然，物體在水中會受到浮力的作用。浮力是水對物體的壓力差引起的，它不會改變物體所受的重力。三、天體之間的引力是怎樣產(chǎn)生的假設(shè)地球表面上有一個物體，我們用火箭推動器把它推到無限遠(yuǎn)的地方。隨著物體與地球之間距離的拉大，地球?qū)ξ矬w的遮擋作用不斷減小，物體的底面受到的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力逐漸增大，因此物體受到的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊力的合力也就不斷減小，也就是物體所受的重力不斷減小。當(dāng)物體與地球之間的距離無限大時，物體就不再受到地球的遮擋作用，這時，物體受到來自四面八方的宇宙微觀物質(zhì)的撞擊，宇宙微觀物質(zhì)對物體的撞擊力互相抵消，因此，物體所受的重力為零，也就是地球?qū)ξ矬w的引力為零。宇宙間的天體也象上述假想實驗中的地球與物體一樣，當(dāng)一個天體靠近另一個質(zhì)量比它大得多的天體時，質(zhì)量大的天體就會對質(zhì)量小的天體產(chǎn)生遮擋作用，從而產(chǎn)生引力；當(dāng)一個天體靠近另一個與它質(zhì)量相當(dāng)?shù)奶祗w時，兩個天體就會互相產(chǎn)生遮擋作用，從而產(chǎn)生相互的引力；當(dāng)一個天體距離另一個天體無限遠(yuǎn)時，天體之間沒有引力作用。星系與星系之間，星系與星體之間也同樣存在著引力作用。它們在互相靠近時，同樣會互相產(chǎn)生遮擋作用，從而產(chǎn)生引力。當(dāng)它們距離無限遠(yuǎn)時，它們之間沒有引力作用。