苹果落地和万有引力有什么关系?

发布网友发布时间：2022-04-26 08:47

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热心网友时间：2022-06-26 01:34

在丰收的苹果园里，压弯了枝头的苹果，个个满面红光，多么惹人喜爱。晚风徐徐吹来，只见它们张开笑脸，向人们频频点头，似乎是向辛勤培育它们成长的园丁致以谢意。熟透了的苹果，离开了枝头，告别了它的同伴，纵身一跳，落向地面，寻求它安身生息之地。

苹果落向地面，这是极为平凡的事情。但这平凡的事情中却包含着科学的奥秘。按照亚里士多德的观点，“沉重的”物体之所以落向地面，是由于地球是宇宙的中心，所有的物体都有趋心的倾向。而天上的日月星辰之所以不落向地面，则是由于“天上”与“地上”不同。从哥白尼到伽利略的时代，人们对亚里士多德的观点已发生了异议。人们已经意识到“天国”并不神秘。天体运行与地面物体的运动是可能受同一规律支配的。尤其是开普勒总结出行星运动的三大定律之后，人们寻求支配物体运动规律的这种愿望就更为迫切了。在人们这种热烈追求的情况下，牛顿开始对天体进行研究。

起先，牛顿非常注意那皓洁的明月。当时他已经知道，月亮是绕地球运转的，同时也知道月亮绕地球一周所需要的时间，知道月亮到地球之间的距离。根据这些数据，可以计算出月亮运动的加速度。他想，月亮所具有的这个加速度应该是受到某种力的作用。但是，受到什么力的作用呢？这个问题使他像着了迷似的，百思不得其解。

据说，有一天，牛顿躺在苹果树下正在沉思，突然，一颗熟透了的苹果从枝头上跌落下来，这个苹果开启了他想象的翅膀。从这个现象中，他得到了启发，产生了这样的一种观念：苹果与其他万物之所以落向地面，是因为地球对它们有吸引力的缘故。当时他想，月亮虽然与地球相隔38万千米之遥，仍然受到地球对苹果那样的吸引力，从而产生加速度。不过，月亮的加速度比起苹果落地的加速度却小得很多，这是为什么呢？他想到，如果苹果与月亮是受同种力作用的话，那么这种力就应该与距离有关。

想象的翅膀又把牛顿带到了星际空间，他想到，行星绕太阳运转，必然也有加速度，这个加速度是不是太阳对行星吸引的结果呢？而太阳对行星的这种吸引力，可能是与地球对苹果等物体的吸引力是同一种性质的力。

这些想法鼓舞着这位20来岁的大学生。他从开普勒三定律出发，应用数学作为推算的工具，终于得到了重大的发现。他肯定了地球对其他物体(包括月亮)的吸引力与太阳对行星的吸引力是同一种性质的力。而且这种吸引力存在于万物之间，所以称之为万有引力。他指出，万有引力与物体的质量、距离三者之间有如下的关系：两个物体之间的引力与它们各自的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这就是著名的万有引力定律。

按照万有引力定律，物体的质量越大，吸引其他物体的力越强；离这个物体越远，受这个物体的引力就越弱。在太阳系这个家族中，所有行星和小天体的质量统统加到一起，还不及太阳质量的七百分之一，因此，太阳的引力最强。这就使得在太阳系中，所有的行星都绕太阳这个中心旋转。按照万有引力定律，天体之间互相吸引的结果，它们运行的轨道只能是椭圆、抛物线、双曲线三种。行星的轨道正是按椭圆运行的，而有些彗星的轨道则是抛物线或双曲线的。牛顿的万有引力定律可以用来*地解释开普勒关于行星运动的三个定律。

至此，人们明白了，无论是天体的运行或地面物体落地都受同样规律的支配。这样，亚里士多德关于“天上”与“地上”不一样、物体运动原因不同的“理论”便彻底破产了。

更为有趣的是，用万有引力定律还准确地预见过尚未被发现的行星的存在。19世纪40年代，当时人们知道离太阳最远的行星是天王星。天文学者在观测中发现，天王星在绕太阳运行的过程中，有些不大遵守纪律，存在着偏离椭圆轨道的微小偏差。这是怎么回事呢？

英国天文学家亚当斯和法国天文学家勒维烈，他俩用万有引力定律，先后于1842年和1846年独立地预言过，这个偏差是由于天王星之外还存在有一个行星的缘故。勒维烈用万有引力定律精确地计算出这颗未知的行星将于何日何时在什么方位出现，并将这个预言写信告诉了柏林天文台。柏林天文台收到勒维烈的信的当天晚上，便在勒维烈所预言的方位上找到了这颗新的行星。人们将它命名为海王星。后来又发生了类似的过程，1913年人们又发现了一颗比海王星更远的行星——冥王星。这些发现，使万有引力定律经受了实际的考验，使人们确信万有引力的存在。至此，太阳系这个家族的成员中，便增加了两大行星的名字，总共有九大行星。按照与太阳距离的顺序来排列，它们是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。

既然一切物体之间存在万有引力，那么我们怎么看不到两张桌子、两支铅笔吸引到一起呢？原来，地球的质量有60万亿亿吨，而桌子、铅笔等物体的质量才有多少？比起地球这个庞然大物来说，它们是微不足道的。根据万有引力定律知道，吸引力的大小与质量成正比，因此，地球上的其他物体不能互相吸引到一起，而地球的强大吸引力，却像一张无形的“天罗地网”，把所有的物体都牢牢地抓住。脱离枝头的苹果、扔出去的石块、从炮口飞出去的炮弹，都逃不脱地球的强大引力，最终还得落回地面。这就是说，物体落向地面并不是由于地球是宇宙中心，而是地球对这些物体存在万有引力的缘故。

爱动脑筋的同学们可能会想，为什么苹果落向地面，而地球却不落向苹果呢？是不是地球对苹果的吸引力大而苹果对地球的吸引力小呢？答案是否定的。两个物体之间的吸引力势均力敌，它们大小相等、方向相反。我们由牛顿第二定律便能知道，用同样大小的力去拉动质量不同的物体，质量小的容易起动而质量大的难，苹果的质量比起地球来说，有着天渊之别，因此，在同样大小吸引力的作用下，苹果便落向地面，而地球却稳如泰山。

牛顿的创见，解决问题范围之广以及与实际情况符合之准确程度，都是非常惊人的。它几乎解决了当时人们在物体机械运动研究上所有的问题，令人赞叹不已！而牛顿本人对于他自己的科学成就却是非常谦虚的，他从不忘记前人的功绩，也不认为自己的理论已包罗万象，不认为自己的理论包括了全部真理。20世纪初，爱因斯坦创立的广义相对论，比起牛顿的理论来，又向前迈进了一大步。这正如牛顿所说：“有待探索的真理的海洋正展现在我的面前。”真理是无穷的！

知识点九大行星

所谓太阳系“九大行星”是历史上流行的一种的说法，即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。在2006年8月24日于布拉格举行的第26界国际天文联会中通过的第5号决议中，冥王星被划为矮行星，并命名为小行星134 340号，从太阳系9大行星中被除名。所以现在太阳系只有8颗行星。也就是说，从2006年8月24日11时起，太阳系只有8颗大行星，即：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

之所以修改行星的定义，是由于新的天文发现不断使“九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。因此，从“九大行星”改为“八大行星”就不难理解了。