地球引力怎么形成的

地球引力怎么形成的

　　接近地球的物体，无一例外地被吸引朝向地球质量的中心，你知道地球引力是怎么形成的吗?学习啦小编在此整理了地球引力形成的原因，供大家参阅，希望大家在阅读过程中有所收获!

　　地球引力形成的原因

　　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。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。

　　摆脱地球引力

　　自古以来，人类就用种种美丽的飞天神话和传说来寄托遨游环宇的梦想。人类为什么不能飞离地面呢?是缺少一对翅膀么?但是，许多勇敢者模仿鸟类用人造翅膀飞行的尝试都失败了。理论研究证明，由于生理上的局限，人类永远不可能用肌肉的力量在空中支持自身的重量。1686年，牛顿揭开了这团迷雾。他在这年发表的《自然哲学数学原理》一书中指出，任何两个物体间都有相互吸引力，由此创建了万有引力定律，即引力的大小跟它们的质量成正比，跟它们之间的距离的平方成反比。由于人与地球质量相差太悬殊，所以人总是被地球强大的引力所束缚而不能离开地面。

　　现在问题已经明朗了，要离开地面，就要克服地球引力。但如何才能克服地球引力呢?要使一个物体离开地球，必须沿着地球引力相反的方向(即向上)对它加力，使它作加速运动，当它达到一定速度时停止加力，它就能以惯性一直向前脱离地球。这个速度可通过地球的质量和物体与地心的距离计算出来。物体在地球表面上(即距离为地球的半径)飞行时，这个速度为11.2千米/秒，叫做脱离速度或逃逸速度——是速度战胜了引力。

　　物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力的束缚，在摆脱地球束缚的过程中，物体在地球引力的作用下并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。脱离地球引力以后在太阳引力作用下绕太阳运行，若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。

　　人类的航天活动，并不是一味地要飞离地球，当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。我们知道，物体作曲线运动时会产生离心力。因此，要让航天器作圆周运动，必须始终有一个与离心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在这里，我们正好可以利用地球的引力。因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。经过计算，在地面上，物体的运动速度达到7.9千米/秒时，它所产生的离心力，正好与地球对它的引力相等。这个速度被称为环绕速度。

　　上述使物体绕地球作圆周运动的速度被称为第一宇宙速度;摆脱地球引力束缚，飞离地球的速度叫第二宇宙速度;而摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系的速度叫第三宇宙度。根据万有引力定律，两个物体之间引力的大小与它们的距离平方成反比。因此，物体离地球中心的距离不同，其环绕速度(第一宇宙速度)和脱离速度(第二宇宙速度)有不同的数值。那么，航天器能否在200千米以下绕地球飞行呢?理论上不仅航天器可以，而且汽车、火车和飞机，都能以惯性绕地球运行。但实际上不仅汽车、火车、和飞机不行，航天器也不可能，因为那里有较浓密的大气，大气阻力会降低航天器的运行速度。速度降低意味着离心力减小，航天器就会在地球引力作用下，沿螺旋线轨迹落向地球。若要维持宇宙速度，则需要携带大量燃料来产生动力，以连续的动力来克服空气阻力。不靠惯性飞行，而靠动力飞行，这就与航空器没有区别了。而且，如果航天器高速在稠密大气层中飞行，气动加热带来的一系列问题是非常难以解决的。为解决这些问题，势必大大增加航天器的质量，这就又要求运载火箭有更高的运载能力，从而使成本极大地增加。