物體由于地球的吸引而受到的力叫重力（Gravity）。重力的施力物體是地球,。

重力的方向總是豎直向下,。物體受到的重力的大小跟物體的質(zhì)量成正比，計(jì)算公式是：G=mg,，g為比例系數(shù),，大小約為9.8N/kg，重力隨著緯度大小改變而改變,，質(zhì)量為1kg的物體受到的重力為9.8N,。重力作用在物體上的作用點(diǎn)叫重心。

重力大小可以用測(cè)力計(jì)測(cè)量,，靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力或壓力的大小等于重力的大小,。

地面物體所受的重力只是萬有引力的在地球表面附近的一種表現(xiàn)。

簡(jiǎn)介

施力物與受力物

可以近似認(rèn)為,，重力的施力物體是地球,，受力物體是地球上或地表附近的物體。

大小和方向

由于地球的吸引而使物體受到的力,，叫做重力,。方向總是豎直向下，不一定是指向地心的（只有在赤道和兩極指向地心）,。地面上同一點(diǎn)處物體受到重力的大小跟物體的質(zhì)量m成正比，同樣,，當(dāng)m一定時(shí),，物體所受重力的大小與重力加速度g成正比，用關(guān)系式G=mg表示,。通常在地球表面附近,，g值約為9.8N/kg，表示質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9.8N,。（9.8N是一個(gè)平均值,；在赤道上g最小,，g=9.79N/kg；在兩極上g最大,，g=9.83N/kg,。N是力的單位，字母表示為N,，1N大約是拿起兩個(gè)雞蛋的力）

重力并不等于地球?qū)ξ矬w的引力,。由于地球本身的自轉(zhuǎn)，除了兩極以外,，地面上其他地點(diǎn)的物體,，都隨著地球一起，圍繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng),，這就需要有垂直指向地軸的向心力,，這個(gè)向心力只能由地球?qū)ξ矬w的引力來提供，我們可以把地球?qū)ξ矬w的引力分解為兩個(gè)分力,，一個(gè)分力F1,，方向指向地軸，大小等于物體繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,；另一個(gè)分力G就是物體所受的重力,。其中F1=mrw^2（w為地球自轉(zhuǎn)角速度，r為物體旋轉(zhuǎn)半徑）,，可見F1的大小在兩極為零,，隨緯度減少而增加，在赤道地區(qū)為最大F1max,。因物體的向心力是很小的,，所以在一般情況下，可以近似認(rèn)為物體的重力大小等于萬有引力的大小,，即在一般情況下可以略去地球轉(zhuǎn)動(dòng)的影響,。其中引力的重力分量提供重力加速度，引力的向心力分量提供保持隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度,。

作用點(diǎn)

物體的各個(gè)部分都受重力的作用,。但是，從效果上看,，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用都集中于一點(diǎn),，這個(gè)點(diǎn)就是重力的等效作用點(diǎn)，叫做物體的重心（center of gravity）,。

重心的位置與物體的幾何形狀及質(zhì)量分布有關(guān),。形狀規(guī)則，質(zhì)量分布均勻的物體，其重心在它的幾何中心,，例如粗細(xì)均勻的棒的重心在他的中點(diǎn),；球的重心在球心；方形薄板的重心在兩條對(duì)角線的交點(diǎn),。地球?qū)ξ矬w的重力,，好像就是從重心向下拉物體。若用其他物體來支持著重心,，物體就能保持平衡,。但是重心的位置不一定在物體之上?？梢杂脩覓旆▉泶_定,。

質(zhì)量分布不均勻的物體，重心的位置除跟物體的形狀有關(guān)外,，還跟物體內(nèi)質(zhì)量的分布有關(guān),。載重汽車的重心隨裝貨多少和裝載位置而變化，起重機(jī)的重心隨著提升物體的重量和高度而變化,。

重心位置在工程上有相當(dāng)重要的意義,。例如起重機(jī)在工作時(shí)，重心位置不合適,，就容易翻倒,；高速旋轉(zhuǎn)的輪子，若重心不在轉(zhuǎn)軸上,，就會(huì)引起激烈的振動(dòng),。增大物體的支撐面，降低它的重心,，有助于提高物體的穩(wěn)定程度,。

定義

眾多版本

重力是力學(xué)中最重要、最基本的概念之一,。但是,，國(guó)內(nèi)外各種課本及參考書對(duì)重力概念的定義不盡一致，基本上是以下5類：

1.“物體由于地球的吸引而受到的力,?！?/p>

2.“地球?qū)Φ厍虮砻娓浇矬w的引力稱重力?！?/p>

3.“質(zhì)點(diǎn)以線懸掛并相對(duì)于地球靜止時(shí),，質(zhì)點(diǎn)所受重力的方向沿懸線且豎直向下，其大小在數(shù)值上等于質(zhì)點(diǎn)對(duì)懸線的拉力,。"

“實(shí)際上，重力就是懸線對(duì)質(zhì)點(diǎn)拉力的平衡力,?！?/p>

“物體在地球表面附近自由下落時(shí),，有一豎直方向的加速度g，產(chǎn)生此加速度的力稱為重力,?！?/p>

4.靜止在地面上的物體，所受重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的不能產(chǎn)生加速度的那個(gè)分力,，能產(chǎn)生加速度的作用效果全部分給另一個(gè)分力,，即物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力。

5.“地面附近一切物體都受到地球的吸引,，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力,。”

以上5類定義中,，第1,、2、3類是在不同情況下做近似研究時(shí)使用的,。第5類定義為了適應(yīng)低難度的要求,，只輕輕地觸動(dòng)了一下重力的邊沿，讀者只能看到重力模糊不清的形象,。第4類是在慣性系下建立起來的,，意義雖然狹窄但是確切。

第4類定義能揭示重力的生成所需要的兩個(gè)并列條件,，一個(gè)是物體受萬有引力,，另一個(gè)是物體加速運(yùn)動(dòng)。第4類定義可以成為諸定義的代表,，在后面的敘述中稱為“重力原定義”,。下面是重力原定義的示意圖，展示了重力F重,、萬有引力F引和向心力 F向之間的關(guān)系：

需要注意的是,，以上這幾類定義有著共同的缺陷：

①只適用于地面附近這個(gè)范圍。因?yàn)槎x是在地面附近建立起來的,，不能隨便應(yīng)用到離地面更遠(yuǎn)的空間,，更不能隨便用到宇宙空間。但是在月球,、火星等外星上或飛往太空路上的飛船上,，都離不開研究物體在那里的重力。

②即使在地面附近,，求物體的重力時(shí),，也只考慮了地球?qū)ξ矬w的萬有引力和物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力，卻沒有考慮太陽、月亮及其他星球?qū)ξ矬w的萬有引力還有物體隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)的向心力等,，這是不能被人接受的,。

爭(zhēng)議

重力是所有物理量中，唯獨(dú)能有眾多版本同時(shí)存留的物理量,，這種現(xiàn)象不一般,。這說明重力定義的確立存在相當(dāng)大的困難。像萬有引力,、彈力,、摩擦力這些力學(xué)中的物理量，還有熱學(xué),、光學(xué),、電學(xué)、原子物理學(xué)中的各種物理量的定義都確立了單一的精準(zhǔn)版本,。

重力定義沒有一個(gè)版本能排除其他版本的存在,，而在力學(xué)中獨(dú)占其位。確立重力定義的艱難使得有關(guān)重力的討論不得不被眾人遠(yuǎn)遠(yuǎn)地回避,。這種身邊科學(xué)比高深科學(xué)還難搞明白的現(xiàn)象,，不符合人對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)規(guī)律。

重建原因

像萬有引力,、彈力,、摩擦力還有電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等,，這些力都是客觀存在的真實(shí)力,，它們的定義是在無數(shù)次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來的，又經(jīng)過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)證明了它們的正確性,。但是重力定義的建立卻沒有這些過程,。重力是在已經(jīng)存在的理論基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學(xué)思維,，人為地想象出來的虛擬力,。跟那些實(shí)際力定義的誕生完全不一樣。這就是重力定義多次重建的內(nèi)在因素,。

既然重力定義是人為想象出來的,，那么重力的定義也可以人為地改變。萬有引力,、彈力,、摩擦力等那些真實(shí)力沒有這么隨便。

新版本

2012年在力學(xué)界出現(xiàn)了重力第6類定義的新版本,，重力第6類定義是：在靜力學(xué)范圍內(nèi),，以放置物體的支持物或物體自身為非慣性參照系,，物體所受各萬有引力與各慣性力的合力叫重力。下面對(duì)新定義做深入說明：

1.物體所受來自外星球的萬有引力和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,。

以天體自身為非慣性系,，在宇宙中，被看成質(zhì)點(diǎn)的天體,，或相對(duì)于天體極小的人造天體、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器等,，都是被視為質(zhì)點(diǎn)的“天體質(zhì)點(diǎn)”,，它們?cè)谲壍郎线\(yùn)行著。因?yàn)樘祗w質(zhì)點(diǎn)不受萬有引力以外的其他種類的力如支持力,、發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力的約束,，所以某天體所受另一天體的萬有引力會(huì)全部用來產(chǎn)生該天體的加速度，且對(duì)應(yīng)出一個(gè)慣性力,。因?yàn)榇藨T性力大小等于該天體的加速度大小與該天體質(zhì)量的乘積,，而來自另一天體的萬有引力的大小也等于這個(gè)乘積，而此慣性力的方向與此萬有引力方向相反,，所以另一天體對(duì)該天體的萬有引力和與其產(chǎn)生的加速度對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,。這樣來自另一天體的萬有引力全部用來產(chǎn)生該天體的加速度的力，就沒有使該天體獲得重量的作用效果了,。

把宇宙中天體視為質(zhì)點(diǎn)之后,，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)力學(xué)規(guī)律與所在天體相同，就有理由把物體和所在天體視為在同一軌道上運(yùn)行的兩個(gè)天體,。所以來自其他天體對(duì)物體的萬有引力也能和與其產(chǎn)生的加速度對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,。物體沒有從來自其他天體的萬有引力那里獲得重量。

2.物體所在星球?qū)ξ矬w的萬有引力和與之對(duì)應(yīng)的慣性力不能相互抵消

物體所在星球?qū)ξ矬w的萬有引力,，不能再和與之對(duì)應(yīng)的慣性力抵消,。因?yàn)樗谛乔虮砻鎸?duì)物體存在著支力的約束，所在星球?qū)ξ矬w的萬有引力就不能全部用來產(chǎn)生物體的加速度了,，只有一部分產(chǎn)生加速度（隨星球自轉(zhuǎn)的向心加速度）,，另一部分使物體獲得重量。

后面將經(jīng)常遇到像第1條和第2條這樣的問題,，不再詳細(xì)說明,。

3.在新定義下地面上物體所受重力的矢量表達(dá)式（在其他天體上有相同的推導(dǎo)過程）

在新定義下以地面為非慣性系，利用力的平衡原理可以較嚴(yán)密地推導(dǎo)出地面上物體所受重力的矢量表達(dá)式,。（統(tǒng)一用F代表萬有引力,，f代表慣性力，G代表重力,，N代表支力,。黑體字母代表的是矢量,，下面進(jìn)行的是矢量運(yùn)算）

放在支持物上的物體受到地球的萬有引力F地，還有太陽的萬有引力F太,，月球的萬有引力F月,，及其他星球的萬有引力。還有因地球自轉(zhuǎn)而存在的慣性力f地,、太陽的萬有引力（使物體隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)）對(duì)應(yīng)的慣性力f太,、月球的萬有引力對(duì)應(yīng)的慣性力f月，及其他星球的萬有引力對(duì)應(yīng)的各慣性力,。還有地面的支力N地,，等等。所有這些力相互平衡,，就有：

F地 F太 F月 … f地 f太 f月 … N地=0

因?yàn)槌厍蛲?，太陽、月球及其他星球的萬有引力都和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,，經(jīng)過整理得出：

-N地=F地 f地①

因?yàn)榈孛娴闹Я地與物體受的重力G相互平衡所以有：

-N地=G②

把②式代入①式得：

G=F地 f地③

③式就是在新定義下地面物體所受重力的矢量表達(dá)式,。此式表示出，物體所受重力等于地球的萬有引力和與物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度對(duì)應(yīng)的慣性力的合力,。

可以看出在地面附近求重力時(shí),，太陽、月球及其他星球的萬有引力不參加運(yùn)算也是正確的,。

4.新定義與原定義是等效的,，原定義是新定義的一個(gè)特例

可以證明新定義與“在慣性系下，重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的分力,，另一個(gè)分力是向心力,。”這個(gè)原定義是等效的,，只是新定義選用了非慣性系,。

由新定義可知，地面物體所受重力的矢量表達(dá)式是：

G=F地 f地①

慣性系下的原定義是：地球的萬有引力F地等于物體隨地球自轉(zhuǎn)需要的向心力F向和物體所受重力G的合力,。其表達(dá)式是：

F地=F向 G②,，此式整理后是

G=F地-F向③

因?yàn)槲矬w隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力F向的大小，等于與此向心力對(duì)應(yīng)的慣性力f地的大小,，而它們的方向相反,，即

-F向=f地，代入③式得

G=F地 f地,，此式與①式相同,。

所以新定義的①式與原定義的②式是等效的。

由萬有引力F地,、重力G,、和慣性力f地組成的平行四邊形,，是新定義的示意圖。由向心力F向,、F地和G組成的平行四邊形是原定義的示意圖,。可以看到在兩個(gè)平行四邊形中,，慣性力與向心力大小相等方向相反,，兩個(gè)萬有引力重合，兩個(gè)重力重合,。證明了兩個(gè)定義是等效的,。

新定義不僅適用于地球上的物體，也能廣泛地應(yīng)用到宇宙中天體和人造天體及飛行器上,。實(shí)際上地球也是宇宙中的天體。

新概念內(nèi)涵

1.物體的加速度是決定重力大小和方向的重要因素之一,。而加速度與參照系有著密切的關(guān)系,，因此選擇合適的參照系，能獲得最簡(jiǎn)便的研究重力的方法,。如果參照系選擇不當(dāng),，有的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)論。（這一點(diǎn)與萬有引力,、彈力,、摩擦力這些實(shí)際的力大不相同，這些力的大小和方向與物體的加速度沒有直接關(guān)系,，因此參照系的選擇不改變對(duì)它們研究的難度）本定義中選擇放置物體的支持物或物體自身為非慣性系,。

2.重力是萬有引力與慣性力的合力或說它是萬有引力的一個(gè)分力，而力的合成得出的合力或力的分解得出的分力,，都是人為想象出來的力,。所以重力是個(gè)虛擬力。

3.地球,、月球,、火星、人造地球衛(wèi)星等,，從物理上講它們沒有本質(zhì)的區(qū)別,，都是名副其實(shí)的天體。根據(jù)新定義（重力是物體所受萬有引力和慣性力的合力）同一個(gè)物體放到不同的天體上,，物體所受重力相差很大,。比如同一個(gè)物體在月球上比在地球上重力小許多，放到人造衛(wèi)星上重力就是零了（完全失重,，實(shí)際上只是人造衛(wèi)星對(duì)物體的萬有引力極其微?。?。

4.同一物體所受重力，會(huì)因加速度的變化而發(fā)生很大變化,。

5.天體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天體的直徑,，所以計(jì)算天體之間的萬有引力時(shí)可以把天體視為質(zhì)點(diǎn)。除物體所在的天體外,，其他天體對(duì)物體的萬有引力都能和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,。但是實(shí)際上，天體（除人造天體外）的體積很大,。使得天體表面上物體的加速度與天體質(zhì)點(diǎn)的加速度不同,，而且隨時(shí)變化。所以物體所受其他各天體的萬有引力不能與各自對(duì)應(yīng)的慣性力完全抵消了,，從而使得天體表面上物體的重力發(fā)生變化,。這就是地球海洋發(fā)生潮汐變化的原因。

概念

萬有引力

在物理學(xué)上,，萬有引力是指具物體之間加速靠近的趨勢(shì),。

地球的吸引作用使附近的物體向地面下落。

萬有引力是太陽系等星系存在的原因,；沒有萬有引力天體將無法相互吸引形成天體系統(tǒng),。萬有引力同時(shí)也使地球和其他天體按照它們自身的軌道圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，月球按照自身的軌道圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn),，形成潮汐,，以及其他被人們所觀察到的各種各樣的自然現(xiàn)象。

萬有引力是使物體獲得重量的因素,。

超重與失重

超重：物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)依K的拉力）大于物體所受重力的現(xiàn)象叫做超重,。

失重：物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)依K的拉力）小于物體所受重力的現(xiàn)象叫做失重。

特征

獨(dú)特性

重力與彈力,、摩擦力,、電場(chǎng)力等有本質(zhì)區(qū)別。

只有萬有引力和慣性力有資格成為重力的分力,，因?yàn)槿f有引力和慣性力都是同時(shí)作用在物體的每一個(gè)質(zhì)元上,，使物體獲得重量。

彈力和摩擦力只能作用的物體的局部,。電場(chǎng)力也只能作用在物體的局部,，因?yàn)殡妶?chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡時(shí)電荷分布在導(dǎo)體的局部，絕緣體被極化后電荷也分布在絕緣體的局部,。磁場(chǎng)力也只能作用在物體的局部,，因?yàn)橛来朋w有磁極，軟磁體在磁場(chǎng)中也被磁化出現(xiàn)磁極,。這些作用在物體局部的力,，不能像萬有引力和慣性力那樣使物體獲得重量,。

虛擬性

一、虛擬力的產(chǎn)生

力的分解是按照力的多個(gè)作用效果,，把一個(gè)力想象成與各作用效果對(duì)應(yīng)的幾個(gè)分力,，并用這些想象出來的分力把原來的那個(gè)力替換掉。

力的合成是把幾個(gè)力的共同作用效果,，想象成是一個(gè)力的作用效果,，這個(gè)力稱作合力。并用想象出來的合力把原來的幾個(gè)分力替換掉,。

被想象出來的力是虛擬力,。

不論在慣性系下，定義重力是萬有引力的一個(gè)分力,，還是在非慣性系下,，定義重力是萬有引力與慣性力的合力，重力都是被想象出來的,，重力是虛擬力,。

二、重力虛擬性的表征

客觀存在的真實(shí)力應(yīng)該有它的施力物與受力物,。虛擬的力就不是這樣了，如慣性力就沒有施力物,。站在理論的角度考慮,，重力是虛擬的力，無法判定具體的施力物,。

如果做近似研究,，在地面附近，把重力視為地球?qū)ξ矬w的萬有引力,，則對(duì)重力來說地球?yàn)槭┝ξ?，物體為受力物。

實(shí)踐檢驗(yàn)

通過下面三個(gè)實(shí)例可以檢驗(yàn)新定義的科學(xué)性,。

失重到“獲重”

使衛(wèi)星自轉(zhuǎn)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速,，原來完全失重的宇航員可以恢復(fù)類似在地面上的體重。這種想法早在二十世紀(jì)60年代,，就在一些科普讀物上出現(xiàn)了,，幻想在衛(wèi)星上制造與地球表面類似的生活環(huán)境。只是當(dāng)時(shí)沒有意識(shí)到,，在失重狀態(tài)下長(zhǎng)期飛行,，會(huì)使骨骼脫鈣，肌肉變得松弛等,，傷害宇航員的健康,。遠(yuǎn)征火星將經(jīng)過漫長(zhǎng)的歲月,，為了使健康狀況允許宇航員堅(jiān)持完成人類賦予的科研任務(wù)，科學(xué)家準(zhǔn)備在載人飛船座艙中安裝“人造重力裝置”,，其想法和前面是一樣的,。使處于失重狀態(tài)的物體重新獲得類似地面上的重量的過程，簡(jiǎn)稱“獲重”,。獲重的基本原理可以運(yùn)用重力的新定義來解釋,。座艙中的宇航員所受各星球的萬有引力，已經(jīng)分別被各萬有引力加速度對(duì)應(yīng)的慣性抵消掉,。在沒有萬有引力可利用的情況下,，宇航員想獲得重量，只能靠慣性力,。這就使科學(xué)家想到,，讓座艙自轉(zhuǎn)。這樣體重的獲得就沒有萬有引力參與,，宇航員所受重力只等于他隨座艙自轉(zhuǎn)的向心力所對(duì)應(yīng)的慣性力,。可見“獲重”是依賴其矛盾的另一方面“失重”而存在著,。

地球橢球形的成因

在慣性系下觀察,，由于地球自轉(zhuǎn)，地球表面放置的物體具有向心加速度,。赤道上物體的向心加速度最大,，兩極上物體的向心加速度等于零，最小,。

為解釋地球略顯橢球形的原因,，應(yīng)分別選擇物體在不同緯度上的位置為非慣性系。同一個(gè)物體在赤道上,，物體的向心加速度最大,，所以物體所受的慣性力最大，方向卻與萬有引力相反,，而且所受萬有引力也最小,。這樣一來萬有引力與慣性力的合力，相對(duì)與其他緯度就最小,，也就是重力最小,。在兩極上相對(duì)其他緯度萬有引力最大，而向心加速度為零即最小,，慣性力也最小,，所以重力最大。這樣同一物體從赤道移到極地，重力由最小逐漸變到最大,，同時(shí)物體的比重也逐漸變大,。海水是地球表面的主要組成部分，赤道附近的海水比重最小,，根據(jù)連通器的比重小的一側(cè)液面比另一側(cè)高的原理,，這里的海面會(huì)突出一些。這就使得可塑性的地球在以這種形式分布的重力作用下,，就變成赤道距地心遠(yuǎn),，兩極距地心近的橢球形狀。

雖然海平面是橢球形,，但是在地球表面任意一點(diǎn)上,，物體受重力的方向總是垂直于所在位置處的海平面，或說總是垂直于與海平面平行的靜止水面,。

潮汐的成因

潮汐的成因主要來自月球和太陽對(duì)海洋的作用,。這里只分析月球的作用。由于月球?qū)Ｑ蟮淖饔?，漲潮現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生在地球離月球最近的海面和離月球最遠(yuǎn)的海面這兩個(gè)區(qū)域（兩個(gè)區(qū)域中心分別稱為近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn)）,，從而使橢球形的海平面疊加了紡錘體形。為什么會(huì)這樣,？

在敘述之前約定,，忽略地月以外的其他星球的影響，并且不考慮地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)等分運(yùn)動(dòng),。潮汐現(xiàn)象出現(xiàn)紡錘體形海平面的說法,，就是沒有考慮地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。

有理由認(rèn)為實(shí)際情況是,，地球自轉(zhuǎn)使得下面的過程隨時(shí)發(fā)生著：在近月點(diǎn)的地球物質(zhì)離開的同時(shí)，另一部分地球物質(zhì)移進(jìn)近月點(diǎn),，并且繼承了離去的地球物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),，遠(yuǎn)月點(diǎn)也是這樣。這就保持了紡錘體的兩端總處在近月點(diǎn)和遠(yuǎn)月點(diǎn),。

用黑體字代表矢量,，統(tǒng)一用F代表萬有引力，f代表慣性力,，用G代表重力,，分別以各自的位置為非慣性系，下面的運(yùn)算是矢量運(yùn)算,。

在地心處取質(zhì)量為m的物質(zhì),，在近月點(diǎn)取質(zhì)量為m近的物質(zhì)，在遠(yuǎn)月點(diǎn)取質(zhì)量為m遠(yuǎn)的物質(zhì)，把三份物質(zhì)視為三個(gè)物體并作為三個(gè)研究對(duì)象,，設(shè)定m=m近=m遠(yuǎn),。

把地球和月球看作質(zhì)點(diǎn)，說是月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),，實(shí)際上是月球和地球都繞二者的共同質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng),，只是地球的圓周軌道小得多。（雙星的兩個(gè)質(zhì)量相近的星球的圓周軌道近似相等）地球質(zhì)點(diǎn)受到月球質(zhì)點(diǎn)的萬有引力正是地球質(zhì)點(diǎn)繞共同質(zhì)心做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,，所以這里的萬有引力等于向心力,。以地心為非慣性系，此向心力對(duì)應(yīng)的慣性力與此向心力大小相等方向相反,。所以地球質(zhì)點(diǎn)受月球質(zhì)點(diǎn)的萬有引力與這個(gè)慣性力大小相等方向相反,，相互抵消。

物體m在地心上,，它的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)力學(xué)規(guī)律與地球質(zhì)點(diǎn)的完全一樣,，所以就可以把m看作與地球在同一軌道上運(yùn)行的行星。這樣m受的月球的萬有引力F月和與之對(duì)應(yīng)的慣性力f月相互抵消了,。這里有F月=f月的關(guān)系,，下面就以此式為準(zhǔn)，比較力的大小,。

實(shí)際上地球的體積很大,，不能看作質(zhì)點(diǎn)了。因?yàn)檫h(yuǎn)月點(diǎn),、近月點(diǎn),、地心、月心還有地月共同質(zhì)心總是在同一直線上,，所以兩點(diǎn)兩心繞地月共同質(zhì)心運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度相同,。

這樣一來，m近與m的角速度相同,，而m近繞地月共同質(zhì)心的軌道半徑比m的小,，這就使得近月點(diǎn)的m近的向心加速度比地心處m的小。結(jié)果是m近受的慣性力f月近比m的f月小,。又因?yàn)閙月近與月球的距離也比m的小,，所以m近受月球的萬有引力F月近大于m的F月。以F月=f月為標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)比可知F月近大于f月近,。得出F月近與f月近的合力與m近受地球的萬有引力F地近反向,。來求m近的重力G近，G近=F地近 （F月近 f月近）,，可知m近受的重力G近小于所受地球的萬有引力F地近（若無月球的作用則G近=F地近）,，即由于月球的作用m近所受重力變小,，m近的比重也變小。如果m近是這里的海水,，那么這里就會(huì)有漲潮發(fā)生,，這跟上段說的連通器原理相同。用同樣的方法研究遠(yuǎn)月點(diǎn)的m遠(yuǎn),，雖然已是F月遠(yuǎn)小于f月遠(yuǎn),，但是二者的合力卻也是與地球的萬有引力反向。月球的作用也使m遠(yuǎn)的重力變小,，比重也變小,。所以遠(yuǎn)月點(diǎn)的海水同時(shí)也會(huì)有漲潮發(fā)生。這就使得海平面微微呈現(xiàn)出紡錘體的形狀,。

太陽對(duì)海洋的作用的分析方法與月球的一樣,。兩者的共同作用，再加上它們軌道平面的相互交叉及不同地區(qū)的地形地貌各異,，還有地球自轉(zhuǎn)等,，使得地球表面具體地點(diǎn)的潮汐現(xiàn)象變得復(fù)雜。

如果月球上有海洋,，那里也會(huì)有潮汐現(xiàn)象發(fā)生,。因?yàn)樵虑虬霃脚c月球運(yùn)行軌道半徑的比值已經(jīng)很小，所以現(xiàn)象會(huì)不太明顯,。

小行星靠近木星時(shí)會(huì)有被撕裂的現(xiàn)象發(fā)生,，也可以用這里的方法解釋。

應(yīng)用

在地面附近的范圍內(nèi),，重力的研究和應(yīng)用采用了近似的方法,。近似方法忽略了地球的自轉(zhuǎn)，重力近似等于萬有引力,，同一物體在各處受的萬有引力相同,。這樣重力就近似為恒力。在這樣的前提下,，建立起中學(xué)階段的重力概念,。運(yùn)用近似方法，在地面附近可以順利地進(jìn)行有重力參與的動(dòng)力學(xué)問題的研究,，尤其是對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的研究。為了順從難度的要求,，在中學(xué)階段近似的方法是研究和應(yīng)用重力的獨(dú)一選擇,。但是這里所采用的重力定義存在實(shí)質(zhì)性的問題，這將在【問題分析】一段第4條詳細(xì)敘述,。

在近似研究中展現(xiàn)到面前的是披著重力外衣的萬有引力,，實(shí)際上不是在研究重力而是在研究萬有引力。讓萬有引力脫掉虛幻莫測(cè)的外衣，與彈力,、摩擦力組合成中學(xué)力學(xué)中三個(gè)基礎(chǔ)的力（萬有引力的測(cè)量會(huì)因地球自轉(zhuǎn)存在微小的系統(tǒng)誤差,，是近似研究所允許的），是編寫中學(xué)力學(xué)教材的科學(xué)合理的方法,。至于重力,，經(jīng)過深入挖掘得出科學(xué)的重力概念，并把它引入大學(xué)教材,。

要注意的是,，沒有把重力設(shè)定為恒力的前提，就不能建立起中學(xué)階段的重力概念和定義,。

新版本概念和定義的應(yīng)用,，在下列目錄的內(nèi)容中：【實(shí)踐檢驗(yàn)】、【現(xiàn)象本質(zhì)】,、【問題分析】和【加速運(yùn)動(dòng)物體的平穩(wěn)運(yùn)行】等,。

現(xiàn)象本質(zhì)

“物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象稱為超重現(xiàn)象”。反之稱失重現(xiàn)象,。這樣只把現(xiàn)象拿給讀者而沒有揭示現(xiàn)象的本質(zhì),，或說沒有給出現(xiàn)象的機(jī)理，力學(xué)的使命不是這樣的,。超重現(xiàn)象與失重現(xiàn)象的本質(zhì)論述如下,。

在地面附近近似應(yīng)用時(shí)，不考慮地球自轉(zhuǎn)且認(rèn)為萬有引力是恒力,。根據(jù)定義“以放置物體的支撐物為非慣性系,，重力F重是物體所受的萬有引力F引與慣性力F慣的合力”，以升降機(jī)為非慣性系來求升降機(jī)中放在測(cè)力計(jì)上的物體的重力,。同一個(gè)物體,，在加速度不同的情況下求出的重力是不同的。重力的變化能反映出超重,、失重現(xiàn)象的本質(zhì)（指第1條到第4條）,。下面的過程中，萬有引力無法改變,，但是可以通過改變加速度來改變慣性力,，從而人為地改變重力。

1,、當(dāng)升降機(jī)的加速度為零時(shí),，物體所受慣性力為零，重力等于萬有引力,。其大小可以看作是物體正常情況下的重量,，正常重量等于萬有引力的大小,。

2、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向上時(shí),，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變大,。物體所受的慣性力方向向下，重力的大小等于萬有引力的大小加上慣性力的大小,，所以重力大于萬有引力,。（重力變大了，但萬有引力不變）物體出現(xiàn)超重現(xiàn)象,。

3,、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向下時(shí)，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變小,。物體所受的慣性力方向向上,，重力的大小等于萬有引力的大小減去慣性力的大小，所以重力小于萬有引力,。（重力變小了,，但萬有引力不變）物體出現(xiàn)失重現(xiàn)象。

4,、當(dāng)升降機(jī)的加速度方向向下,，且大小等于萬有引力加速度的時(shí)候，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變?yōu)榱?。物體所受的慣性力方向向上,，且大小與萬有引力相等，重力的大小等于萬有引力的大小減去慣性力的大小,，結(jié)果為零,。（重力變?yōu)榱懔耍f有引力不變）物體出現(xiàn)完全失重現(xiàn)象,。

5,、假設(shè)地球不自轉(zhuǎn)，如果在這種情況下,，把地球表面物體受到的萬有引力定為正常的重力,，那么在真實(shí)情況下就可以說，地面上的所有物體都處在微弱的失重狀態(tài),。

6,、放在衛(wèi)星中的物體，地球?qū)λ娜f有引力與對(duì)應(yīng)于繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心加速度的慣性力,，兩個(gè)力大小相等方向相反,，使重力變?yōu)榱悖矬w完全失重,。實(shí)際上衛(wèi)星對(duì)物體有微小的萬有引力,，所以稱衛(wèi)星內(nèi)部是一個(gè)微重力實(shí)驗(yàn)室。

7,、處在失重狀態(tài)下的物體,，如果又受到支持力，會(huì)使物體受到新的重力,。同樣處于失重狀態(tài)下的宇宙飛船,，如果開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，飛船內(nèi)的物體和飛船自身也會(huì)受到新的重力,。

8,、需要注意的是既然重力是同時(shí)作用在物體的每一個(gè)質(zhì)元上，那么超重和失重現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生在物體的每一個(gè)質(zhì)元上,。

9,、超重、失重和“獲重”都是物體所受重力千變?nèi)f化的外在表現(xiàn),。同一物體因?yàn)榧铀俣鹊淖兓渌苤亓﹄S之變化,，重力的變化應(yīng)該是力學(xué)著重研究的問題，力學(xué)不必刻意地把超重,、失重列為一個(gè)課題而不知所措地去研究,。

加速度問題

重力的定義本來是在靜力學(xué)中建立起來的。而在中學(xué)教材中,，研究拋體（自由落體是拋體的特例）的運(yùn)動(dòng)屬于動(dòng)力學(xué)范疇,。為了適應(yīng)教材的要求，規(guī)定在地面附近范圍內(nèi),，近似地認(rèn)為重力是恒力,，重力加速度恒定。這樣一來就可以以地面為慣性系順利地研究拋體運(yùn)動(dòng)了,。

但是,，超出地面附近這個(gè)范圍，再以地面為參照系研究有關(guān)重力的動(dòng)力學(xué)問題,，就會(huì)出現(xiàn)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符的問題,。舉例如下：

例1、以地面為非慣性系,，同步衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止的,，理當(dāng)受力平衡。但是地面上的向心加速度比同步衛(wèi)星的向心加速度小得多,。根據(jù)慣性力的定義,，求同步衛(wèi)星所受的慣性力必須代入作為參照系的地面的向心加速度。這樣計(jì)算出的同步衛(wèi)星受的慣性力就比地球?qū)ν叫l(wèi)星的萬有引力小得多,，兩個(gè)力不能抵消,，同步衛(wèi)星的受力并沒有平衡,。這就與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符了。

例2,、把同步衛(wèi)星移離軌道,，放到比同步衛(wèi)星低一些的鐵塔頂上。同步衛(wèi)星不再是衛(wèi)星了,，必須被塔頂支撐,，它相對(duì)于地面靜止。根據(jù)例1中相同的道理,，計(jì)算出的同步衛(wèi)星所受慣性力與鐵塔的支持力,，這兩個(gè)向上的力合起來小于向下的地球的萬有引力，三力的合力不為零,，物體怎么會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)呢,。這與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符。同樣的道理,，把同步衛(wèi)星向下移到地面附近以上的鐵塔的任意位置上,，同步衛(wèi)星都會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，然而受力并不平衡,，都與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符,。但是以鐵塔對(duì)同步衛(wèi)星的支撐點(diǎn)為非慣性系，在靜力學(xué)的范疇內(nèi)研究重力,，就會(huì)符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律,。因?yàn)槲矬w靜止時(shí)，方向向上的鐵塔的支持力和方向向上的慣性力的合力,，抵消了方向向下的地球的萬有引力,，受力是平衡的。

既然以地面為非慣性系,，研究地面附近以外的空間中與重力有關(guān)的力學(xué)問題時(shí),，都與牛頓運(yùn)動(dòng)定律不相符，就不能以地面為非慣性系研究與重力有關(guān)的拋體運(yùn)動(dòng),，那么在這種空間里重力加速度還有存在的意義嗎,？即使在地面附近也是用近似方法研究拋體運(yùn)動(dòng)，而理論上不可以,。

從理論上講,，重力沒有產(chǎn)生加速度的機(jī)會(huì)，這是因?yàn)椋孩傥矬w靜止時(shí)重力無法施展產(chǎn)生加速度的能力,。②做拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)物體不再因支持物的約束而隨地球自轉(zhuǎn),，重力失去存在的條件，重力加速度也不會(huì)出現(xiàn)。（這些將在后面詳細(xì)說明）

所以從理論上講,，以地面為非慣性系研究動(dòng)力學(xué)問題,，會(huì)與牛頓運(yùn)動(dòng)定律發(fā)生矛盾。因此在這種情況下重力加速度就沒有存在的必要了,。但是,，總還是要研究這個(gè)空間中的物體和宇宙中的天體的運(yùn)動(dòng)，這就只能在地球以外的慣性系下來研究,。這樣物體的加速度就只能是萬有引力加速度了，重力加速度失去存在的意義了,。

存在條件

重力定義是在重力與支持力平衡的前提下建立起來的,。沒有支持力，重力就消失了,。例如空殼拋體,、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的航天器、人造衛(wèi)星等,，在其內(nèi)部的物體沒有辦法得到支持力,，重力也沒有辦法出現(xiàn)，物體處在完全失重狀態(tài),。要重視的是,，重力雖然消失，萬有引力依然存在,。

在地面附近對(duì)拋體做近似研究時(shí),，重力還在那里產(chǎn)生著“重力加速度”，這如何解釋,？實(shí)際上,，在這種近似的研究中，重力已經(jīng)被近似成萬有引力,，重力加速度已經(jīng)被近似成萬有引力加速度,。因此在這里本不該再提重力和重力加速度。更主要的解釋在下面,。

有一種重要關(guān)系存在著,，就是，萬有引力或慣性力因其作用效果是使物體獲得重量,，因而對(duì)它們的共同作用換一種稱呼,，叫重力。這就是萬有引力或慣性力與重力的關(guān)系,，即原名與效果名的關(guān)系,。重力本來是效果力。既然是效果力,，效果消失了,，效果力也就消失了（重力消失了,，萬有引力沒有消失）?？聪旅娴睦?。

在慣性參照系下，失去支持力的物體,，要做加速運(yùn)動(dòng),，此時(shí)只受萬有引力的作用，而萬有引力使物體獲得重量的作用效果在物體上完全體現(xiàn)不出來了,。萬有引力的作用效果不再是使物體獲得重量,，而是產(chǎn)生萬有引力加速度，物體出現(xiàn)完全失重狀態(tài),，此時(shí)萬有引力的效果名不再是重力,。

撤掉支持力后固態(tài)物體的失重，不好被人感知到,。但是人失去支持力后,，可以感知身體各部分重力的消失，身體各部分輕飄飄的,，舉手投足毫不費(fèi)力,。人體各細(xì)胞之間原來存在的壓力和支持力都消失了，因此身上有酥麻的感覺,。

失去支持力的液滴下落時(shí)呈正球形,，也能證明液滴發(fā)生了失重現(xiàn)象。

物體一旦失去支持力,，同時(shí)也就失去了重力,，出現(xiàn)完全失重現(xiàn)象。此時(shí)不但物體與支撐物之間的壓力和支力消失了,，而且物體內(nèi)所有各質(zhì)元之間的壓力和支力都消失了,。

重力的存在條件決定了研究重力必須在靜力學(xué)的范圍內(nèi)。

問題分析

衛(wèi)星失重

一個(gè)是解釋衛(wèi)星失重的觀點(diǎn)：人造衛(wèi)星的向心加速度,，“它的大小等于衛(wèi)星所在高度處重力加速度的大小,。這跟在以重力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似”。

必須分析下面的問題：

不考慮地球的公轉(zhuǎn)和地球以外的其他星球的影響,，在地球以外的某慣性系下進(jìn)行研究,。這就既能觀察到地球的自轉(zhuǎn)，更能觀察到衛(wèi)星的正確運(yùn)行軌道,。在這個(gè)慣性系下,，重力原定義認(rèn)為，地球?qū)ξ矬w的萬有引力可以分解為隨地球自轉(zhuǎn)的向心力和重力這兩個(gè)力。用這樣的思維方法進(jìn)行下面的分析,。（地球的萬有引力簡(jiǎn)稱地球引力）

設(shè)想赤道上有一個(gè)與同步衛(wèi)星等高的支架,。第一步把一個(gè)物體放到支架底部。在支架的約束下,，物體隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng),。物體所受地球引力被分解為一個(gè)很小的向心力和一個(gè)比地球引力小不多的重力。接下來,，把重物從底部逐步向上移動(dòng),，先后放到支架的不同高度的位置上。在這個(gè)過程中,，地球引力越來越小,，分解出來的向心力越來越大，且逐漸逼近地球引力,。分解出來的重力越來越小，且逐漸趨向零,。最后一步,，把物體移到支架的頂部。這時(shí)向心力就等于地球引力了,，而重力就小到零了,，物體成了一顆新的同步衛(wèi)星了。它的向心力決然不等于重力,，那么向心加速度能等于重力加速度嗎,？顯然不能。實(shí)際上任何一顆衛(wèi)星受的地球引力的作用效果只有一個(gè),，產(chǎn)生加速度,。即全部用來提供向心力，沒有留下一點(diǎn)使物體獲得重量的作用效果,。作用效果沒有了,，重力就是零了，重力加速度也是零了,。正確地說應(yīng)該是：“完全失重的原因是：衛(wèi)星的向心加速度的大小等于衛(wèi)星所在高度處的萬有引力加速度的大小,。

在解釋衛(wèi)星失重的觀點(diǎn)中，生硬地把自由落體中的規(guī)律用到衛(wèi)星上,，說“這跟在以重力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似”,，有似是而非的感覺。如果忽略地球自轉(zhuǎn),，萬有引力就是重力,，這種近似研究就可以說成：“這跟在以萬有引力加速度下降的升降機(jī)中發(fā)生的情況類似”就正確了。

觀點(diǎn)中有“衛(wèi)星高度處”這詞語，說明觀點(diǎn)本意是以地面為高度起點(diǎn),，并以地面為參照系,，這就出現(xiàn)問題：一是在非近似研究（理論研究）中，以地面為非慣性系時(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立,，不能研究衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問題,。二是衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問題不屬于近似研究的范圍，也不能以地面為慣性系,。所以“衛(wèi)星高度處”的提法放哪兒都不適宜,。必須在地球外某慣性系下才能正確地研究衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)問題，在此慣性系下衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)規(guī)律與地球的自轉(zhuǎn)沒有任何關(guān)系,?？墒侵亓@個(gè)虛擬力卻是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)才能“存在”的，那么衛(wèi)星失重的問題就與重力加速度掛不上鉤了,。

用重力的新定義研究,，衛(wèi)星受地球的萬有引力和與之對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消，衛(wèi)星受的重力為零,，但是衛(wèi)星受的向心力不為零,。或說重力加速度為零而向心加速度不為零,，二者不可能相等,。

對(duì)于正常運(yùn)行的衛(wèi)星來說，衛(wèi)星內(nèi)的物體得不到支持力,，物體的重力就不可能存在,，重力加速度也不存在了，但是向心加速度依然存在,。從這方面看,，向心加速度也不能等于衛(wèi)星高度處的重力加速度。

實(shí)際上求衛(wèi)星及其內(nèi)部物體的重力時(shí),，是在一個(gè)非慣性系下進(jìn)行的,，而求它們的向心力時(shí)是在另一個(gè)慣性系下進(jìn)行的， 本來兩個(gè)參照系下,，運(yùn)動(dòng)學(xué)的量就不該對(duì)比,。

宇宙飛船失重

再一個(gè)問題是解釋宇宙飛船失重的觀點(diǎn)：在地面附近圓周軌道上運(yùn)行的宇宙飛船，設(shè)它的線速度為υ“它的軌道半徑近似等于地球半徑R,，航天員受到的地球引力近似等于他在地面測(cè)得的體重mg……還可能受到飛船座艙對(duì)他的支持力FN,。引力與支持力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力”。通過分析,，列方程式并解出,，“當(dāng)時(shí)座艙對(duì)航天員的支持力FN=0,，航天員處于失重狀態(tài)”。

需要思考下面的問題：

①為了得出FN=0這個(gè)精確（理想化）的等式,，衛(wèi)星軌道半徑的值卻近似地取了地球半徑的值R,，地球引力值也近似地取了地面上體重的值mg。做純粹的理論推導(dǎo)的過程是不能像做近似計(jì)算那樣取許多近似值,。

②在這個(gè)觀點(diǎn)中,，只用在地面附近軌道上運(yùn)行的宇宙飛船說問題，沒有用任意軌道上的航天器說問題,，也沒進(jìn)行拓展,，所以沒有廣泛的意義。說明不了任意軌道上的航天器都會(huì)有失重現(xiàn)象發(fā)生,。

失重環(huán)境

還有一個(gè)問題是,，認(rèn)為存在著“完全失重的環(huán)境”的觀點(diǎn)：“繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船”內(nèi)“航天員處于失重狀態(tài)?！薄捌鋵?shí)任何關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī),，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部，都是一個(gè)完全失重的環(huán)境,。例如向空中任何方向拋出的容器,，其中的所有物體都處于失重狀態(tài)?！?/p>

在非慣性參照系下,，物體完全失重的現(xiàn)象的本質(zhì),，是物體所受萬有引力和與這個(gè)萬有引力產(chǎn)生的加速度對(duì)應(yīng)的慣性力相互抵消,，重力變?yōu)榱悖酝耆е?。物體一旦完全失重就與物體周圍的空間環(huán)境沒有任何關(guān)系,，與“完全失重的環(huán)境”無關(guān)。舉例說明：

①假設(shè)宇宙飛船或拋出的容器能像貝殼一樣打開了,，物體已經(jīng)不在原來的“完全失重的環(huán)境”,，可是物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沒有任何變化，不是仍然處于完全失重狀態(tài)嗎,？

②在軌道上,，讓大衛(wèi)星在不接觸小衛(wèi)星的情況下把小衛(wèi)星裝進(jìn)大衛(wèi)星。這樣小衛(wèi)星處在“完全失重的環(huán)境”,，按上述觀點(diǎn)說小衛(wèi)星完全失重,。可是小衛(wèi)星進(jìn)入大衛(wèi)星前后的運(yùn)行姿態(tài)并沒有改變,，所以小衛(wèi)星在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)雖然沒有處在“完全失重的環(huán)境”,，但是已經(jīng)處在完全失重狀態(tài),。

用上述“裝入方”也能證明拋體自身一定處在完全失重的狀態(tài)。

③在半空中一只長(zhǎng)管上端的外部,，用懸繩把一物體系入管內(nèi),，懸繩另一端固定。然后使長(zhǎng)管自由落下,，此時(shí)管內(nèi)是個(gè)“完全失重的環(huán)境”,，但物體被固定著，它雖然處在“完全失重的環(huán)境”內(nèi),，卻沒有失重,。

④從放在地面上的長(zhǎng)管上端，滴入一滴水使其自由下落,，水滴呈球形,，因?yàn)樗幵谕耆е貭顟B(tài)。但是水滴經(jīng)過的地方不是“完全失重的環(huán)境”,。

實(shí)際上宇宙飛船自身或拋出的容器自身也必然處在完全失重狀態(tài),。因?yàn)樗鼈兯艿娜f有引力與對(duì)應(yīng)的慣性力也相互抵消，重力也是零,，當(dāng)然失重,。所以說，“完全失重的環(huán)境”沒有存在的意義,。失重現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生在物體的每一個(gè)質(zhì)元上,，是物體自身的事情，與所處的空間無關(guān),。

近似應(yīng)用

近似方法采用的重力定義是：“地面附近一切物體都受到地球的吸引,，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力”。

①重力是高中力學(xué)重要的概念,，重力的應(yīng)用貫穿力學(xué)內(nèi)容的前后,。近似方法給出的重力定義，只輕輕地觸動(dòng)了一下重力的邊沿,，給出一個(gè)形象模糊的重力概念,。帶著重力疑團(tuán)進(jìn)入力學(xué)，用不明性能的重力工具解決一個(gè)個(gè)力學(xué)問題,，會(huì)遇到許多困難,。

②在近似研究中，并沒有顯現(xiàn)出重力獨(dú)有的性質(zhì)和重力獨(dú)到的作用,。實(shí)際上是用披著重力外衣的萬有引力參加動(dòng)力學(xué)的各種研究過程,。雖然給出了重力的定義但是沒有真正應(yīng)用它。

③從實(shí)質(zhì)的角度看,，在地面附近,，重力本身就是帶有微小系統(tǒng)誤差的萬有引力,，這個(gè)系統(tǒng)誤差是地球自轉(zhuǎn)引起的。既然如此,，近似研究時(shí)引入萬有引力就可以了,，只需說明測(cè)量時(shí)必然存在系統(tǒng)誤差，這種誤差不影響萬有引力的在地面附近的應(yīng)用,。這樣就可以把重力在中學(xué)教材中搶占的位置還給萬有引力,。這樣一來，在中學(xué)教材中重心要改成質(zhì)心,，重力加速度要改成萬有引力加速度,，重力勢(shì)能要改成萬有引力勢(shì)能等等。重力的難度遠(yuǎn)大于萬有引力,，在中學(xué)階段重力內(nèi)容已經(jīng)超出理解能力,。

加速運(yùn)動(dòng)物體的平穩(wěn)運(yùn)行

下面的例子都是不計(jì)地球自轉(zhuǎn)的影響，以研究對(duì)象為非慣性系,，研究對(duì)象相對(duì)于參照系靜止,，這樣就可以在靜力學(xué)范圍內(nèi)研究重力，這里著重分析加速運(yùn)動(dòng)物體的平穩(wěn)運(yùn)行（不傾覆）和重力的變化,。設(shè)萬有引力為F引,，慣性力為F慣，重力為F重,。

1,、在靜力學(xué)范疇內(nèi)，以規(guī)定的速度行駛在轉(zhuǎn)彎處的火車為非慣性系（為使拐彎時(shí)的車速與所需向心力剛好匹配,，此處外側(cè)的鐵軌比內(nèi)的側(cè)高出一定距離）,，研究車廂轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況。此時(shí)車廂做勻速圓周運(yùn)動(dòng),，向心加速度方向指向彎道內(nèi)側(cè)的圓心處,，慣性力與向心加速度方向相反,。車廂受到的地球萬有引力與慣性力的合力就是重力,，重力與兩鐵軌支力相互平衡。從（圖5）可以看出重力不再是豎直向下,，而是偏向彎道外側(cè),，偏離豎直方向一個(gè)角度θ，即與兩鐵軌所在平面垂直,，使重力作用線通過兩鐵軌支撐面的中央,。重力大于萬有引力，這時(shí)車廂出現(xiàn)超重現(xiàn)象,。

實(shí)際應(yīng)用：騎自行車的人在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候,，總是讓車身向彎道內(nèi)側(cè)傾斜一個(gè)適當(dāng)角度,，從而使人和車所受合重力的作用線通過車輪下狹窄的支撐面的中央，才能平穩(wěn)騎行,。

2,、在靜力學(xué)范疇內(nèi)，以加速向前行駛的汽車為非慣性系,，研究用細(xì)繩懸掛在汽車上的小球相對(duì)于汽車靜止時(shí)的受力情況,。小球受到的地球萬有引力與慣性力的合力就是重力，重力與細(xì)繩的拉力相互平衡,。平衡后,，重力與細(xì)繩在同一直線上（與汽車靜止時(shí)的情況一樣，都是重力與細(xì)繩在同一直線上）,，重力的方向向下偏后,。從可以看出，重力偏離豎直方向一個(gè)角度θ,，重力大于萬有引力,，小球出現(xiàn)超重現(xiàn)象。

實(shí)際應(yīng)用：站在加速運(yùn)動(dòng)的汽車上的人,，總是讓身體向前傾斜一個(gè)適當(dāng)角度（不再是垂直地面）,，使重力作用線通過腳下的支撐面的中央，人才能平穩(wěn),。

3,、在靜力學(xué)范疇內(nèi)，以沿光滑的斜面加速下滑的滑塊自身為非慣性系,，研究滑塊的受力情況,。滑塊相對(duì)參照系處于靜止?fàn)顟B(tài),?；瑝K受到的地球萬有引力與慣性力的合力就是重力，重力與斜面的支力相互平衡,。平衡后,，重力的方向垂直指向斜面這個(gè)支撐面（與滑塊靜止在光滑的水平面上一樣，都是垂直指向支撐面）,。從可以看出,，重力偏離豎直方向一個(gè)θ角，重力小于萬有引力,，滑塊出現(xiàn)失重現(xiàn)象,。

實(shí)際應(yīng)用：加速下滑的滑雪者，必須讓身體向前傾斜一個(gè)適當(dāng)角度（不是垂直于地面,。如果不考慮摩擦力,，應(yīng)該是垂直于斜面即垂直于山坡上的雪面）,，使重力作用線通過腳下的支撐面的中央，才能平穩(wěn)滑行,。

對(duì)地球生物

因?yàn)?，有重力存在，給地球生物產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,。是細(xì)胞衰老的根本原因,。重力是地球上各種生物周而復(fù)始，生死循環(huán)的“罪魁禍?zhǔn)住?。因?yàn)橛兄亓Φ淖饔?，?xì)胞里面大分子，DNA和蛋白質(zhì),，經(jīng)過重力的長(zhǎng)期積累,，開始向某個(gè)特定的方向積累，逐漸形成細(xì)胞衰老,，由于細(xì)胞衰老,，從而導(dǎo)致生物個(gè)體死亡。

因?yàn)橛兄亓Υ嬖?，造成植物的根和莖受到重力的影響而使生長(zhǎng)素分布不均勻,，遠(yuǎn)地側(cè)少，近地側(cè)多再有植物的不同器官對(duì)生長(zhǎng)素的敏感程度不同,，生長(zhǎng)素濃度較高時(shí)適于莖的生長(zhǎng)因此,，植物的莖背重力生長(zhǎng)。植物的根則具有向重力生長(zhǎng)的特性,。

人類生活

重力與人類生活的關(guān)系密切,。人類很早就用重力來度量物體受力的大小。彈簧出現(xiàn)前,，秤就是人類用來比較物體重量的工具,；彈簧出現(xiàn)后，又使用彈簧秤來稱重量,，同一物體的重力在地面附近的空間里變化甚小,，所以在日常生活中可視為常數(shù)，這就是把重力用作量力單位的方便之處,。由于物體的重力幾乎不變,，所以伽利略意識(shí)到重力加速度也是個(gè)常量,。伽利略的研究為牛頓的研究奠定了基礎(chǔ),。牛頓在1687年發(fā)表萬有引力定律后，找到了重力的物理根源,，從此人類對(duì)重力有了較正確的認(rèn)識(shí),，牛頓是通過物體落地和月球不落地這兩種現(xiàn)象的對(duì)比而得到萬有引力概念的,。通過萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，人類終于把力學(xué)基本理論以及物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)弄清楚,。按牛頓的觀念,，重力是一種超距力，牛頓把重力推廣到萬有引力,，從而解釋了天體運(yùn)動(dòng)的開普勒定律,，同時(shí)建立了工程上廣泛應(yīng)用的經(jīng)典力學(xué)。