地球引力

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地球引力是因地球本身质量而具有的引力。地球表面的重力加速度被表示为符号g，近似地等于每平方秒9.8米或每平方秒32英尺。这表示，当忽略空气阻力时，物件在地球表面上自由下落的加速度为 9.8 m/s2。 换言之，静止物件下落一秒后的速度为9.8m/s，两秒后为19.6 m/s，如此类推。地球本身也受到下落物体等值的吸引力加速，也就是说地球会朝着下落物体的方向加速移动，但是地球质量远大于下落物的质量，所以下落物对地球的加速度非常小。地球引力又称地心引力或地心吸力，但这是不正确的，物理学上没有此说法。因为地球引力与地球质量有关，并非来自地心。

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目录

1 基本简介

2 数值计算

3 形成原因

4 发现者简介

1 基本简介

2 数值计算

3 形成原因

4 发现者简介

1 基本简介 编辑本段

地球引力是因地球本身质量而具有的引力。地球表面的重力加速度被表示为符号g，近似地等于每平方秒9.8米或每平方秒32英尺。这表示，当忽略空气阻力时，物件在地球表面上自由下落的加速度为 9.8 m/s2。 换言之，静止物件下落一秒后的速度为9.8m/s，两秒后为19.6 m/s，如此类推。地球本身也受到下落物体等值的吸引力加速，也就是说地球会朝着下落物体的方向加速移动，但是地球质量远大于下落物的质量，所以下落物对地球的加速度非常小。地球引力又称地心引力或地心吸力，但这是不正确的，物理学上没有此说法。因为地球引力与地球质量有关，并非来自地心。

地球引力是因地球本身质量而具有的引力。地球表面的重力加速度被表示为符号g，近似地等于每平方秒9.8米或每平方秒32英尺。这表示，当忽略空气阻力时，物件在地球表面上自由下落的加速度为 9.8 m/s2。 换言之，静止物件下落一秒后的速度为9.8m/s，两秒后为19.6 m/s，如此类推。地球本身也受到下落物体等值的吸引力加速，也就是说地球会朝着下落物体的方向加速移动，但是地球质量远大于下落物的质量，所以下落物对地球的加速度非常小。

地球引力又称地心引力或地心吸力，但这是不正确的，物理学上没有此说法。因为地球引力与地球质量有关，并非来自地心。

2 数值计算 编辑本段

非重力加速度和重力加速度有相似的单位。非重力加速度通常用于加速物体上如飞机或是赛车，常以g的倍数来表示。用于重力单位时，g常被误认为重量单位克g。 重力加速度的单位是m/s^2 ,应当是“kg.m/s*s",这里米每秒S是指1秒。而s是指X任意秒！单位应当是kg.m/s*x(s)而不s^2秒！比如3秒，和3秒平方，是不一样的！

重力加速度之值依不同地点的海拔高度和纬度而异。重力加速度与月球质量有关,地球质量加月球质量,才形成地球重力,没有月球重力就不是9.78033,而重力加速度也与月球质量有关! 重力加速度的单位也应当是"N.S" 牛顿N(kg.m/s) 例如以海平面计算, 在地球赤道的重力加速度数值为 9.78033 N.S2, 在北极则约为9.N.S,2 。 (由于地球自转所产生的离心力所影响, 一般来说在同一海拔高度下, 位于赤道的重力加速度最小, 而处于两极的重力加速度则最大。)

世界气象组织（WMO）在1935年之前取重力加速度 g 为 9.8 m/s2。 1935年后, WMO以纬度45 的海平面作基准, 取 g 为 9.80665 m/s2。 (可写为g45)

不过由于测量技术的进步, g45 的数值已不是 9.80665 kg.m/s^22。 在不改动 g = 9.80665 m/s2 的前提下, 现在取位于海平面和纬度 45.542 处的重力加速度为 g 的基准值。

重力加速度的单位是和每秒平方反比或是使用cgs制中的重力梯度单位eotvoses。

当要精确测量 g，重力的“真实”强度与“外观”强度之间的分别变得重要。

3 形成原因 编辑本段

假如地球表面完全为自由流动的液态水所覆盖，那么这种液体水的表

面呈现一个扁球体，在两极稍平，而在赤道膨胀，这在前边已经作了简要的叙述。这个理想的形状，称为地球体，它将完美地同全部的重力、转动力相平衡。牛顿定律对于引力的表达是重力遵循的基础。众所周知，该定律的基本表述为：m1与m2这两个质点之间的引力，正比于二者质量的乘积，反比于这两个质点中心之间距离的平方，如果说此处的F为作用在m2上的力，那么R1为从m1指向m2的单位向量，r是m1与m2之间的距离，而A是万物有引力常数。加上负号表示着力是互相吸引的。

很明显，引力是存在于自然界中强度最小的相互作用力。最近还发现，A的数值也不是常数，而是随着时间有缓慢的减少。它的这种变化，是由许多原因造成的，其中之一被认为是由于地球半径随着时间而增加，这样反过来，又必将对地球的发展历史带来深刻的影响。可是，所得出的A值变化速率是如此之小，以至于它在整个地球演化过程中，即在几十亿年的时间内，其变化速率只大约为1%，所以在实际应用上并无什么真正的价值。

由于地球（假定为m1）这个巨大质量的存在，使得m2所产生的加速度，称做重力加速度。它最早是被伽利略在意大利的比萨斜塔上测定的。在地球表面上这个数值一般定为980厘米/秒2，通常又将1厘米/秒2称为“伽”（gal），用以纪念这位伟大的科学家。重力场是守恒的，也就是说在重力场中，移动一个物体所做的功，独立于它所经过的路径，而仅仅取决于它的终点。事实上，假如该质量最终转到它原来出发时所处的位置时，其净能量的消耗等于0，而不管它在其间所走过的道路是什么。这在自然地理面中，是可以很轻易得到证明的。寻常所见的水分循环，就是一个很好的说明重力守恒的例子。一滴水从海洋面上被蒸发，克服重力，进入大气，这是外界做功的结果。待它由空中重新回归到海洋时（而不管它是直接落入海洋，还是被运送到几千公里之外，又随着河川迳流回到海洋来的），放出了原先克服重力时的那部分功，遵循着重力守恒，使得净能量的消耗等于0。类似的例子，在地表面是很多的。另外一种对重力守恒的表达方式就是：动能和势能之和在一个封闭体系中为一常数，这涉及到动能与势能的互相转化，也是我们要经常使用的一个规律。同时要记住引力是一个向量，它的方向是沿着地球的质量中心与另外一个物体质量中心的连线，这在进行向量分析时，是极为有用的。地球表面的重力大小，一般来说与五个因素有关，它们是地理纬度、海拔高度、周围地体的地形、地球潮汐与地表以下物质的密度。这最后一个因子，仅仅在进行重力测量中才有价值，一般情况下它对重力变化的影响，要比前四个因子的联合效应小的多。例如，从赤道到两极，重力随着纬度变化的数量大约为5伽，而油田勘探中的较大重力异常是10毫伽，只相当于上述数字的1/500。在1930年，国际大地测量和地球物理协会采用了一个公式，给出了在地球这个椭球体上任意一点的重力加速度为：

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——纬度，常数α及β分别是0.0052884和-0.0000059。自从1930年以来，由于在重力测量中获取了大量的资料，特别是通过人造地球卫星的准确测定，上式中的常数已经有了进一步的改动。

从自然地理学的角度来看，我们的着眼点不在于寻求计算重力或进行订正的准确公式，而在于利用这种重力分析的基本原理，阐述物质在进入自然地理面和输出到环境时的受力状况，在这些受力当中，重力是特别应当考虑的一项。举凡地形的改变、物质的搬运和堆积、气团的运动、水分的循环、生物的生长，甚至于地球物质的调整等，离开了重力的分析，就不可能得出正确的结果。前面已

经讲过，重力最为明显的表达，一般都在地球固体表面之上。在其下并非重力消失了，只是不容易有如固体表面之上那样明显地看出来罢了，此外作为研究的对象来说，我们亦不去特别关注地层深处的重力状况，而只接受它所带来的对地表造成的后果。进而看到，在海平面之上陆地面积约占全球总表面积的29%，以雨和雪降下来的水，必然经受重力的作用回归到海洋中去。这样，每一次落到地表上的降水，都具有比例于本身质量和海平面以上高度的乘积，这样数值的能量，这就是它所具的势能。在陆地地表，亦有个别的点低于海平面，例如我国的吐鲁番盆地，美国加利福尼亚的死谷等，它们之所以能在陆面上保持这种例外的情况，一是由于其面积小，二是由于这些盆地均处于干旱区，很少有降水发生。假如把它们移到湿润地区，这种低于海平面的状况决不会保持很久，在重力的参与下，很快就要被水充满或被水所带来的风化物质填注，以补足海平面在全球延伸中的“漏洞”。重力在自然地理面中的表现，既平常又深刻，对此应有充分的认识，现粗略地讨论一下重力在改造地表形态上的作用。陆地表面由于风化作用而造成的松散物质，在一定的条件下，由于力的作用是要移动的。

无论是从高处到低处的滚动、滑落、崩塌，还是通过河流的输运，风的挟带等，其中一个极重要的因素就是重力的参与。我们以一个在坡面上运动的岩块为例，简要分析一下重力的作用。由分析得知，重力的一个分力，即岩块向下滑动的力，比例于所处坡度的正弦，当然还取决于这个坡面的摩擦系数。一克重的岩块在坡度为45°时，向下滑动的分力为0.7克；而当该坡度等于60°时，这个分力将增加到0.87克（如图5．5）。由于摩擦系数很少有大于1的状况，因此单凭摩擦系数的阻抗，在坡度大于45°时，将支持不住重力所引起的向下滑动的分力。事实上，比40°更为陡峭的自然坡度在全球是很少见的，因为如果有超出40°的角度时，重力作用将比较迅速地对此加以改变，由此可以看出重力改变地表形态的作用来。

在讨论地球重力的同时，我们对于其它星体产生的类似于地球引力的作用力，也要加以必要的重视。最主要的就是月亮和太阳对地球的引力。

月亮和地球的距离很近，约等于三十个地球的直径，根据万有引力定律，引力与距离的平方成反比，因而尽管月球的质量不算太大，但对于地球上各个质点的引力却相对的要大一些。太阳的质量很大，约等于二千亿亿亿吨，是地球质量的三十三万倍，但由于地球与太阳之间的距离太远，是月球—地球之间距离的四百倍，因此，它对地球的引力，只是月球对地球引力的46%。所以，地球上的潮汐现象是太阳和月亮二者作用力的合成，这里我们只需了解月亮的引力作用比太阳更大这一点就够了。地球的质量是月球的81.5倍，因此月—地系统的公共质量中心，必然大大地偏向于地球一侧，大约在距地心0.73倍地球半径的地方，两个球体每月绕着这个共同的质量中心转动。月球对于地球的引潮力固然重要，但这个引潮力的数量值却并不太大，只相当于地球重力的千万分之一。对于地球上一个10吨重的物体来说（即重力等于10吨），其引潮力仅有1克。这样小的力，人通常是感觉不出来的。但地球对

这种不大的引潮力，反应却十分明显。很早以前，就发现海水在一日内有规律的涨落（潮汐）与月球有密切关系。此外，地球不是一个刚体，一般都认为它是一个具有弹性的球体，对于具这样一种特性的球体，在引潮力的作用下，地球的固体岩石地壳也会产生“潮汐”现象，叫做固体潮，每天都要升降达30厘米左右。当然地球对月球的引潮力更大，它使得月壳突起和下落的幅度达到3公里左右。与此同时，地球上的大气，也因为这种引潮力，每天都产生着“大气潮汐”。至于海洋这个庞大的水体，其上的潮汐现象就更为明显了，加拿大东海岸的芬地湾蒙克顿港，最大潮差达19.6米，堪称世界前茅。我国钱塘江口的最大潮差记录为8.9米，当然各个地方由于所处位置及周围环境的不同，潮差也是不相同的。月球和太阳的引力在塑造陆地表面的地形方面，也是一个具有一定意义的因素。康德在1775年，曾率先提出把涨潮作为改变地球旋转速度的一个因素。近年来，在探讨关于地震的预测预报中，也有人把潮汐力作为一个对地震起因的触发因子。此外，对于自然地理来说，更为明显的则是潮汐对于海陆交界处地形的变更作用，对于岸线的影响作用，以及对于波浪运动的作用等。

4 发现者简介 编辑本段

牛顿（Isaac Newton)最早发现了地球引力，且与万有引力有 关。艾萨克·牛顿，英国著名科学家。（牛顿）

FRS（Sir Isaac Newton，1642年12月25日－1727年3月31日）是一位英格兰

物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行？天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。

早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系。1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果；1673年，惠更斯推导出向心力定律；1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。

牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来。

一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢。牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年，胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比。当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒运动三定律。在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助，这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。

牛顿在这部书中，从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。