地球引力怎么形成的

　　接近地球的物體，無一例外地被吸引朝向地球質(zhì)量的中心，你知道地球引力是怎么形成的嗎?學習啦小編在此整理了地球引力形成的原因，供大家參閱，希望大家在閱讀過程中有所收獲!

　　地球引力形成的原因

　　很明顯，引力是存在于自然界中強度最小的相互作用力。最近還發(fā)現(xiàn)，A的數(shù)值也不是常數(shù)，而是隨著時間有緩慢的減少。它的這種變化，是由許多原因造成的，其中之一被認為是由于地球半徑隨著時間而增加，這樣反過來，又必將對地球的發(fā)展歷史帶來深刻的影響?？墒?，所得出的A值變化速率是如此之小，以至于它在整個地球演化過程中，即在幾十億年的時間內(nèi)，其變化速率只大約為1%，所以在實際應用上并無什么真正的價值。

　　由于地球(假定為m1)這個巨大質(zhì)量的存在，使得m2所產(chǎn)生的加速度，稱做重力加速度。它最早是被伽利略在意大利的比薩斜塔上測定的。在地球表面上這個數(shù)值一般定為980厘米/秒2，通常又將1厘米/秒2稱為“伽”(gal)，用以紀念這位偉大的科學家。重力場是守恒的，也就是說在重力場中，移動一個物體所做的功，獨立于它所經(jīng)過的路徑，而僅僅取決于它的終點。

　　事實上，假如該質(zhì)量最終轉(zhuǎn)到它原來出發(fā)時所處的位置時，其凈能量的消耗等于0，而不管它在其間所走過的道路是什么。這在自然地理面中，是可以很輕易得到證明的。尋常所見的水分循環(huán)，就是一個很好的說明重力守恒的例子。一滴水從海洋面上被蒸發(fā)，克服重力，進入大氣，這是外界做功的結(jié)果。待它由空中重新回歸到海洋時(而不管它是直接落入海洋，還是被運送到幾千公里之外，又隨著河川逕流回到海洋來的)，放出了原先克服重力時的那部分功，遵循著重力守恒，使得凈能量的消耗等于0。類似的例子，在地表面是很多的。

　　另外一種對重力守恒的表達方式就是：動能和勢能之和在一個封閉體系中為一常數(shù)，這涉及到動能與勢能的互相轉(zhuǎn)化，也是我們要經(jīng)常使用的一個規(guī)律。同時要記住引力是一個向量，它的方向是沿著地球的質(zhì)量中心與另外一個物體質(zhì)量中心的連線，這在進行向量分析時，是極為有用的。地球表面的重力大小，一般來說與五個因素有關(guān)，它們是地理緯度、海拔高度、周圍地體的地形、地球潮汐與地表以下物質(zhì)的密度。這最后一個因子，僅僅在進行重力測量中才有價值，一般情況下它對重力變化的影響，要比前四個因子的聯(lián)合效應小的多。例如，從赤道到兩極，重力隨著緯度變化的數(shù)量大約為5伽，而油田勘探中的較大重力異常是10毫伽，只相當于上述數(shù)字的1/500。在1930年，國際大地測量和地球物理協(xié)會采用了一個公式，給出了在地球這個橢球體上任意一點的重力加速度為：

　　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——緯度，常數(shù)α及β分別是0.0052884和-0.0000059。自從1930年以來，由于在重力測量中獲取了大量的資料，特別是通過人造地球衛(wèi)星的準確測定，上式中的常數(shù)已經(jīng)有了進一步的改動。

　　從自然地理學的角度來看，我們的著眼點不在于尋求計算重力或進行訂正的準確公式，而在于利用這種重力分析的基本原理，闡述物質(zhì)在進入自然地理面和輸出到環(huán)境時的受力狀況，在這些受力當中，重力是特別應當考慮的一項。舉凡地形的改變、物質(zhì)的搬運和堆積、氣團的運動、水分的循環(huán)、生物的生長，甚至于地球物質(zhì)的調(diào)整等，離開了重力的分析，就不可能得出正確的結(jié)果。

　　前面已經(jīng)講過，重力最為明顯的表達，一般都在地球固體表面之上。在其下并非重力消失了，只是不容易有如固體表面之上那樣明顯地看出來罷了，此外作為研究的對象來說，我們亦不去特別關(guān)注地層深處的重力狀況，而只接受它所帶來的對地表造成的后果。進而看到，在海平面之上陸地面積約占全球總表面積的29%，以雨和雪降下來的水，必然經(jīng)受重力的作用回歸到海洋中去。這樣，每一次落到地表上的降水，都具有比例于本身質(zhì)量和海平面以上高度的乘積，這樣數(shù)值的能量，這就是它所具的勢能。在陸地地表，亦有個別的點低于海平面，例如我國的吐魯番盆地，美國加利福尼亞的死谷等，它們之所以能在陸面上保持這種例外的情況，一是由于其面積小，二是由于這些盆地均處于干旱區(qū)，很少有降水發(fā)生。假如把它們移到濕潤地區(qū)，這種低于海平面的狀況決不會保持很久，在重力的參與下，很快就要被水充滿或被水所帶來的風化物質(zhì)填注，以補足海平面在全球延伸中的“漏洞”。

　　重力在自然地理面中的表現(xiàn)，既平常又深刻，對此應有充分的認識，現(xiàn)粗略地討論一下重力在改造地表形態(tài)上的作用。陸地表面由于風化作用而造成的松散物質(zhì)，在一定的條件下，由于力的作用是要移動的。

　　無論是從高處到低處的滾動、滑落、崩塌，還是通過河流的輸運，風的挾帶等，其中一個極重要的因素就是重力的參與。我們以一個在坡面上運動的巖塊為例，簡要分析一下重力的作用。由分析得知，重力的一個分力，即巖塊向下滑動的力，比例于所處坡度的正弦，當然還取決于這個坡面的摩擦系數(shù)。一克重的巖塊在坡度為45°時，向下滑動的分力為0.7克;而當該坡度等于60°時，這個分力將增加到0.87克。由于摩擦系數(shù)很少有大于1的狀況，因此單憑摩擦系數(shù)的阻抗，在坡度大于45°時，將支持不住重力所引起的向下滑動的分力。事實上，比40°更為陡峭的自然坡度在全球是很少見的，因為如果有超出40°的角度時，重力作用將比較迅速地對此加以改變，由此可以看出重力改變地表形態(tài)的作用來。

　　擺脫地球引力

　　自古以來，人類就用種種美麗的飛天神話和傳說來寄托遨游環(huán)宇的夢想。人類為什么不能飛離地面呢?是缺少一對翅膀么?但是，許多勇敢者模仿鳥類用人造翅膀飛行的嘗試都失敗了。理論研究證明，由于生理上的局限，人類永遠不可能用肌肉的力量在空中支持自身的重量。1686年，牛頓揭開了這團迷霧。他在這年發(fā)表的《自然哲學數(shù)學原理》一書中指出，任何兩個物體間都有相互吸引力，由此創(chuàng)建了萬有引力定律，即引力的大小跟它們的質(zhì)量成正比，跟它們之間的距離的平方成反比。由于人與地球質(zhì)量相差太懸殊，所以人總是被地球強大的引力所束縛而不能離開地面。

　　現(xiàn)在問題已經(jīng)明朗了，要離開地面，就要克服地球引力。但如何才能克服地球引力呢?要使一個物體離開地球，必須沿著地球引力相反的方向(即向上)對它加力，使它作加速運動，當它達到一定速度時停止加力，它就能以慣性一直向前脫離地球。這個速度可通過地球的質(zhì)量和物體與地心的距離計算出來。物體在地球表面上(即距離為地球的半徑)飛行時，這個速度為11.2千米/秒，叫做脫離速度或逃逸速度——是速度戰(zhàn)勝了引力。

　　物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力的束縛，在擺脫地球束縛的過程中，物體在地球引力的作用下并不是直線飛離地球，而是按拋物線飛行。脫離地球引力以后在太陽引力作用下繞太陽運行，若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系，物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時將按雙曲線軌跡飛離地球，而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。

　　人類的航天活動，并不是一味地要飛離地球，當前的應用航天器，需要繞地球飛行，即讓航天器作圓周運動。我們知道，物體作曲線運動時會產(chǎn)生離心力。因此，要讓航天器作圓周運動，必須始終有一個與離心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在這里，我們正好可以利用地球的引力。因為地球?qū)ξ矬w的引力，正好與物體作曲線運動的離心力方向相反。經(jīng)過計算，在地面上，物體的運動速度達到7.9千米/秒時，它所產(chǎn)生的離心力，正好與地球?qū)λ囊ο嗟?。這個速度被稱為環(huán)繞速度。

　　上述使物體繞地球作圓周運動的速度被稱為第一宇宙速度;擺脫地球引力束縛，飛離地球的速度叫第二宇宙速度;而擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系的速度叫第三宇宙度。根據(jù)萬有引力定律，兩個物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此，物體離地球中心的距離不同，其環(huán)繞速度(第一宇宙速度)和脫離速度(第二宇宙速度)有不同的數(shù)值。那么，航天器能否在200千米以下繞地球飛行呢?理論上不僅航天器可以，而且汽車、火車和飛機，都能以慣性繞地球運行。但實際上不僅汽車、火車、和飛機不行，航天器也不可能，因為那里有較濃密的大氣，大氣阻力會降低航天器的運行速度。速度降低意味著離心力減小，航天器就會在地球引力作用下，沿螺旋線軌跡落向地球。若要維持宇宙速度，則需要攜帶大量燃料來產(chǎn)生動力，以連續(xù)的動力來克服空氣阻力。不靠慣性飛行，而靠動力飛行，這就與航空器沒有區(qū)別了。而且，如果航天器高速在稠密大氣層中飛行，氣動加熱帶來的一系列問題是非常難以解決的。為解決這些問題，勢必大大增加航天器的質(zhì)量，這就又要求運載火箭有更高的運載能力，從而使成本極大地增加。