宇宙物理学：重力和引力一样么？

山东大鲤鱼

作者 | 宇宙物理学

本文字数2000字，阅读时长8分钟。

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引言

重力和引力，是我们生活中经常听到的两个词汇。

很多人认为重力就是引力，这两个概念是一个意思——但这种想法并不正确。

今天宇宙君就来把它们放在一起，细细讲解，看看这两个概念究竟有何不同。

02

先说引力

引力又被称为万有引力，这是因为任意两个物体或者粒子之间都存在着引力。

引力是宇宙中四种基本相互作用力之一，其余的三种分别是：强力，弱力和电磁力。现在弱力和电磁力已经被统一到了一起了，但是我们还是习惯说四种基本相互作用。

引力是四种相互作用力中最弱的一种，两个质子间的万有引力只有它们间的电磁力的1/（1.235*10的36次方），即1.235万亿亿亿亿分之一。

引力的大小，可以用牛顿的万有引力定律来计算：

引力形成的原因，目前来说科学界并无定论。其中最具说服力和想象力的是广义相对论，认为万有引力是由于时空弯曲而产生。

简单来解释一下吧：众所周知，两点之间线段最短，这是在平面几何中的公理；这线段就是短程线。然而，在被弯曲的四维时空里，短程线也被弯曲了，所以产生了引力这种效果。

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再说重力

重力是我们从初中阶段就开始学习的力，也是最重要、最常见的力之一。但是，国内外各种书籍对重力概念的定义不尽一致，基本上分为以下几类。

为了突出重点，我把文字用图片表示出来了，红色为重点信息。

这些概念如果看的不太明白，也没关系，下面会把以上概念再分成两类：

第一类说法：重力就是引力——地球对物体的吸引产生的力。（包括上图中的第1，第2，第5）

第二类说法：重力是某个力的平衡力——比如悬线的拉力，地表的支持力等或是自由落体加速度效果的产生原因。（包括上图中的第3，第4）

这两种说法在某种程度上都是对的，只是看待重力的精细程度不同而已。

第一种说法，其实是非常粗糙的；而第二种说法，则更接近本质。

从第二种说法来看，重力和引力是不同的。

04

重力和引力的关系

通常所指的重力是由于引力而产生的，重力是引力的一部分；但我们也听过人造重力，这种重力的产生不是由于引力，而是由于运动。

重力是一种作用效果，所谓的效果，其实就一种感觉。

重力是支持力的体现

而引力是与距离和质量相关一种基本作用，这种作用有着严格的计算方法（万有引力）。

但是，我们要知道，一个力的大小和一个力的作用效果之间并不是那种直接明了的关系，还和很多其他要素有关。

比如同样一个力，作用在不同质量的物体上，产生的加速度（其实就是作用效果）就不同；同样的力，作用在不同运动的物体上，产生的效果也不同。

所以，重力是引力的一种作用效果，这种效果不止跟引力有关还和其他因素有关——比如地球自转；

产生重力的效果，不仅仅只能依靠引力，还可以依靠运动——比如，坐在一个做圆周运动的空间里，会产生和重力一样的作用效果。

自有落体其实是一种失重状态

下面通过进行具体的计算来分析和说明。

05

考虑地球自转，具体计算分析

我们随着地球一起自转，这个转动速度是非常快的，约430米每秒，已经超过声速了。

因此，我们会需要一个力来维持这种圆周运动，这个力，通常被称为向心力。

向心力并不是一种具体属性的力，而是一种效果力，这里在不影响说明的情况下，姑且把它称为一个力。

这个力的大小可以用向心力公式来计算：

我们在地球表面，受到地球的万有引力是：

那么，真正我们感受到的效果，也就是感受到的重力是：

也就是说，引力的一部分，提供了我们随着地球做圆周运动的向心力；另一部分，让我们产生了重重的感觉——即产生了重力。

由于F向只有F引的3%~4%，所以，在不精确的分析中，我们认为G=F引，即重力等于引力——这就是为什么很多人混淆这两个概念的原因。

进一步分析

如果，向心力变大了，比如地球自转的速度增大了，此时引力是不会变化的，那么重力就会减少。

根据上图中的式子，这是显而易见的。

我们想象一下极限情况，当向心力等于引力时，重力就变为了0，也就是我们完全失重了！

我们会飘在空中，而不会像现在这样紧紧贴在地面上——其实，空间站中的宇航员，就是处于这种状态，他们的引力依然存在，和地面差不多大，但是重力完全为零——因为他们随着空间站一起，绕地球高速飞行，向心力等于重力了。

对了，要达到这种“向心力等于引力，重力变为0”的速度，就是我们常说的第一宇宙速度，大小约为8公里每秒钟。

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自由落体和圆周运动

下面再来分析运动对重力的影响。

第一，自由落体：

当我们做自由落体运动时，由于只受到引力的作用，所以全部的加速度都来源于引力。

这个加速度同样包括“随地球自转的圆周运动向心加速度”和“相对地面的自由落体加速度”。

这两个加速的效果，占用了全部的引力，所以，重力也是为0——因此，自由落体运动也是一个完全失重的状态。

第二，加速运动：

为了产生重力的效果，其实不一定需要引力，加速运动同样可以做到。

当你坐在一个飞船里，朝着一个方向加速度的时候，你会感觉（或者说需要）来自于飞船的支持力，这个支持力维持了你的加速运动状态——也让你产生了重力的感觉。

同样，当你坐在一个转动的飞船里，向心加速度也会产生重力的效果。

以上两种情况，可以看出运动对重力的影响。

06

结语

经过上面的讲解，相信各位读者对重力和引力的关系，已经有了较为清晰的认识。

这里简单总结一下：

重力是一种效果力，可以来源于引力，也可以来源于运动；

通常说的重力和引力，由于大小差不多，所以被混为一谈了；

引力的本质还未探明，但是广义相对论对引力的解读目前最为流行。

（完）

参考资料：

百度百科：万有引力《费曼物理学讲义》《苏格爸的奇妙物理》

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原文地址：今日头条

幸福341

重力是一种效果力，可以来源于引力，也可以来源于运动；
通常说的重力和引力，由于大小差不多，所以被混为一谈了；
引力的本质还未探明，但是广义相对论对引力的解读目前最为流行。

胡胡胡美丽_ss

重力和引力原来不一样

傲雪风

写的不错

wangtao123

引力的本质还未探明，但是广义相对论对引力的解读目前最为流行。