高中物理 相互作用(力)——重力的方向

今天講一下重力的方向,課本上對重力方向的描述很簡單,在學(xué)校很多老師一般也不講這一部分,但是這個內(nèi)容對于大家理解重力方向為什么是豎直向下的,有很重要的意義。
通常很多人在提到重力的時候,都會說是向下的,這種描述十分的不準(zhǔn)確,是垂直向下?豎直向下?還是指向地心?
垂直向下是針對于任意一個平面來說的,比如對于一個斜面來說垂直向下就是如圖所示的樣子。很顯然垂直向下不能用來描述重力。

豎直向下才是物理學(xué)上說的重力的方向,有的人會有疑問,是不是家里垂直于地板的方向就是豎直向下呢?這個是不一定的,如果地板是水平的,那么確實(shí)是;如果地板不完全水平,與水平面有夾角,那就不是了。
那么怎樣才能確定是豎直向下呢?方法一:先確定水平面,水平面就是水完全靜止所形成的平面。工作中常用水平尺來確定,水平尺是含有氣泡的水柱為主體,當(dāng)水平尺處于水平面時,里面的氣泡會處于水柱的正中央,否則就會向一側(cè)偏移,確定了水平面以后,垂直于水平面向下的方向就是豎直向下,也就是重力的方向。

第二種方法:使用重錘線(也叫做鉛垂線),重錘線就是一根細(xì)軟繩下端掛著一個重物,將重錘線掛在某處懸空靜止時,沿繩向下的方向就是重力的方向,即豎直向下。這種方法常用于建筑測量。

然后看一下指向地心和豎直向下的區(qū)別。地球在自轉(zhuǎn)的時候,地球?qū)μ幵谀骋痪暥鹊奈矬w產(chǎn)生萬有引力,這個萬有引力是指向地心的,但同時物體還在隨著地球一起自轉(zhuǎn)(在后面講到圓周運(yùn)動的時候,會知道做圓周運(yùn)動的物體需要一個向心力),此處的萬有引力就需要分解,其中一個分量指向緯度圓的圓心作為向心力,剩下的另一個分量才是重力G,因此重力的方向并不是萬有引力的方向,通常也就不指向地心。

只有如下兩種情況重力是指向地心的。一、當(dāng)物體處于赤道位置的時候,萬有引力、向心力和重力都指向地心;二、當(dāng)物體處于兩極時,沒有圓周運(yùn)動,向心力為零,所以重力方向指向地心。

如果把地球看成一個完美的球形,同一物體在地球各處萬有引力相同,而在赤道上所需要的向心力最大,所以物體重力最小,兩極處物體重力最大,這就很好的解釋了重力加速度g是從赤道到兩極逐漸增大的。
雖然一般情況下重力的方向不是萬有引力的方向,但由于物體所需要的向心力特別的小,所以重力與萬有引力的夾角還是比較小的。
總結(jié)
重力的方向是豎直向下的,而不是垂直向下或指向地心。
豎直向下是垂直于水平面向下,只有在赤道和兩極時重力才指向地心。