能否用G=mg關(guān)系式計(jì)算地球的重力還有一種提法,即:如用m地球和G地球分別表示地球的質(zhì)量和地球所受的重力,那么,G地球=m地球g有沒有意義?這個(gè)問題的提出源于筆者在執(zhí)教過程中有如下一段經(jīng)過:
中考復(fù)習(xí)選題時(shí),發(fā)現(xiàn)江蘇省某市2007年一道中考題,摘錄如下:
我們?cè)趯W(xué)習(xí)杠桿原理時(shí)知道阿基米德有一句豪言壯語——給我一根杠桿和一個(gè)支點(diǎn),我就能撬動(dòng)地球。小剛同學(xué)對(duì)此產(chǎn)生了疑惑,他查閱了有關(guān)資料,知道地球的質(zhì)量為6×1024 kg。并且假設(shè)支點(diǎn)距地球1 m,阿基米德給杠桿的最大壓力為600 N,則阿基米德需要一根約為_____m的輕質(zhì)杠桿。即使他以100 km/h的速度(相當(dāng)于小汽車在高速公路上的速度)勻速下壓杠桿,要將地球撬起1 cm,也需要_____年(1年約為104小時(shí))。小剛據(jù)此指出這一豪言壯語是不可能實(shí)現(xiàn)的。你對(duì)小剛同學(xué)的做法有何評(píng)價(jià)______。
這道題要應(yīng)用G=mg的關(guān)系式,杠桿的平衡條件,相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例,速度公式的變形等。但是引發(fā)爭(zhēng)議的是能否用G=mg計(jì)算地球的重力。
筆者的意思是:不能用G=mg來計(jì)算地球的重力,即G地球=m地球g沒有意義。同時(shí),不能把太陽對(duì)地球的吸引力看成是作用在阿基米德所設(shè)的杠桿上所受的阻力,同地面上物體受到地球的吸引力相類比。也就是說,那道中考題的核心設(shè)置是錯(cuò)誤的。兩篇文章的論點(diǎn)都有片面之處。本文就問題的焦點(diǎn)能不能用G=mg關(guān)系式計(jì)算地球的重力展開討論。
一、理論基礎(chǔ)
1.力是物體對(duì)物體的作用。物體間力的作用是相互的,就一個(gè)力來說,必然關(guān)聯(lián)到兩個(gè)物體,一個(gè)是施力物體,一個(gè)是受力物體,施力物體必然同時(shí)為受力物體,反之亦然。
2.力有兩種作用效果:使物體的體積、形狀改變,或使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。兩種作用效果,有時(shí)以一種形式出現(xiàn),有時(shí)以兩種形式同時(shí)出現(xiàn)。
3.對(duì)重力來說,其起因是由于地球的吸引而使物體受到的力。重力的大小和物體的質(zhì)量成正比,兩者的關(guān)系式G=mg中“g”從數(shù)學(xué)角度來說是正比例系數(shù),在地面附件的區(qū)間,“g”的數(shù)值在初中表示為g=9.8 N/kg,而在高中g(shù)=9.8 m/s2。因1N=1 kg·m/s2,故兩者是一致的,后者是牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma在重力場(chǎng)中的應(yīng)用。重力的方向總是豎直向下的。