楊友明

300多年前，英國(guó)有一個(gè)青年，名叫艾薩克·牛頓.有一天，他正坐在蘋果樹(shù)下休息，忽然一個(gè)蘋果掉下來(lái)，砸到他的頭上.牛頓摸了摸被砸痛的地方，撿起蘋果就想到一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)把蘋果拋向空中時(shí)，它為什么不一直向上升去，而總是向下落呢？牛頓突然有一種奇怪的想法，是不是有一種看不見(jiàn)的力量在起作用，把蘋果拉向地面呢？過(guò)了很久，牛頓終于解答了這個(gè)問(wèn)題，這是地球通過(guò)萬(wàn)有引力作用的結(jié)果，這個(gè)看不見(jiàn)的力就是重力.

重力是怎樣產(chǎn)生的呢？重力的大小是如何計(jì)算的呢？重力在什么方向呢？重力的作用點(diǎn)又是如何確定的呢？

一、重力的定義

地面附近的一切物體，不管處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不管是否受到其他力的作用，它都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力.重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，但重力并不是地球?qū)ξ矬w的吸引力，而是引力的一個(gè)分力.由于地球自身轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)物體的影響比較小，所以在一般情況下，可以近似地認(rèn)為物體的重力大小等于引力的大小.在月球上，地球?qū)ξ矬w的引力已減弱到可以忽略的程度，這時(shí)月球的引力起重要作用，到其他星球表面情況也一樣.

二、重力的三要素

1.重力的大小

生活中常把物體受到重力的大小簡(jiǎn)稱為物重.物體重力的大小可以用彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小等于重力的大小.根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：物體所受重力的大小與它的質(zhì)量成正比，二者之間的關(guān)系為G=mg.其中G表示物體受到的重力，單位用牛頓（N）來(lái)表示，m表示物體的質(zhì)量，單位用千克（kg）來(lái)表示，g表示物體所受重力大小與質(zhì)量之比，約等于9.8N/kg，在不要求精確的情況下，g可取10N/kg.

實(shí)際上g的大小并不是一成不變的.它的大小隨著緯度的大小而變化.如赤道的地球緯度為0°，g為9.780N/kg；北極的地球緯度90°，g為9.832N/kg.g的大小還與高度有關(guān)，海拔越高，g的值越小，反之則越大.利用重力的差異可以探礦，在密度較大的礦石附近地區(qū)，物體的重力要比周圍地區(qū)稍大些，這種方法叫重力探礦.除用于地質(zhì)勘探外，在大地測(cè)量和人造地球衛(wèi)星、導(dǎo)彈、宇宙飛船航行軌道的準(zhǔn)確推算以及天然地震的預(yù)報(bào)等方面都有廣泛的應(yīng)用.

2.重力的方向

重力的方向始終是豎直向下的.豎直向下不能說(shuō)成垂直向下，豎直向下指的是與水平面相垂直，與斜面不垂直，因此講垂直向下或者與接觸面垂直都是錯(cuò)誤的.與重力方向一致的線叫重垂線，建筑工人在看房子砌得直不直的時(shí)候用的就是重垂線.把繩子一端系上物體放在墻邊上，將繩子另一端拿起，如果墻跟繩子平行，就說(shuō)明墻是直的，否則就是歪的.把T字形的水平儀放在工作臺(tái)面上，觀察重垂線與豎桿上的刻線是否重合，若重合，則工作臺(tái)面水平，否則就不水平.

（3）重力的作用點(diǎn)

一個(gè)物體的各部分都受到重力的作用，從效果上看，可以認(rèn)為物體各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心.通俗點(diǎn)講，重心就是重力的作用點(diǎn).把物體的全部質(zhì)量集中到一點(diǎn)將不影響研究結(jié)果.質(zhì)量均勻分布的物體，重心的位置只跟物體的形狀有關(guān).有規(guī)則形狀的物體，它的重心就在幾何中心上，例如，均勻細(xì)直棒的重心在棒的中點(diǎn)，均勻球體的重心在球心，均勻圓柱體的重心在軸線的中點(diǎn).質(zhì)量分布不均勻的物體，形狀發(fā)生了改變，其重心位置一般也將發(fā)生改變.例如，優(yōu)秀的跳高運(yùn)動(dòng)員都采用“背越式”技術(shù).這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員跳高時(shí)，重心升得越高，需要的能量就越大.采用跨越式、滾式、剪式三種姿勢(shì)時(shí)的重心都要高過(guò)橫桿，而采用背越式時(shí)的重心，就不一定高過(guò)橫桿，這樣有利于運(yùn)動(dòng)員提高成績(jī).重心的位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體內(nèi)部的質(zhì)量分布有關(guān).例如，一個(gè)均勻的球殼，其內(nèi)部注滿了水，在球的底部有一個(gè)帶閥門的細(xì)出水口，在打開(kāi)閥門讓水慢慢流出的過(guò)程中，球殼與其中水的共同重心將會(huì)先下降后上升.這是因?yàn)樵谧M水時(shí)，球殼和水的共同重心在球心，隨著水的流出，球殼的重心不變，但水的重心下降，二者共同的重心在下降，當(dāng)水流完時(shí)，重心又回到球心.

重心的位置在生活和生產(chǎn)中有相當(dāng)重要的意義.例如，起重機(jī)在工作時(shí)，重心的位置不合適，就容易翻倒；高速旋轉(zhuǎn)的輪子，若重心不在轉(zhuǎn)軸上，就會(huì)引起激烈的振動(dòng).增大物體的支持面，降低它的重心，就會(huì)有助于提高物體的穩(wěn)定程度，如電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等.汽車在設(shè)計(jì)制造時(shí)，通過(guò)增加底盤占整個(gè)車體重量的比例，降低汽車的重心，可以使汽車在緊急剎車或者轉(zhuǎn)彎時(shí)，保持平衡狀態(tài)，避免撞車、翻車等危及生命安全的交通事故的發(fā)生.

如何尋找形狀不規(guī)則或質(zhì)量不均勻物體的重心呢？下面介紹一些簡(jiǎn)單的方法.

A.懸掛法.首先找一根細(xì)繩，在物體上找一點(diǎn)，用繩懸掛，劃出物體靜止后的重力線；同理再找一點(diǎn)懸掛，兩條重力線的交點(diǎn)就是物體的重心.

B.支撐法.用一個(gè)支點(diǎn)支撐物體，不斷變化位置，越穩(wěn)定的位置，越接近重心.

C.針頂法.用一根細(xì)針頂住板子的下面，當(dāng)板子保持平衡時(shí)，針頂?shù)奈恢镁徒咏匦?

通過(guò)懸掛法我們發(fā)現(xiàn)圓環(huán)的重心在圓心而不在圓環(huán)上，因此，物體的重心可以在物體上，也可以在物體外.