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第六章 流浪的起点(第2页)

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地球只有达到这个速度,才能永远逃离太阳,不再被太阳的引力所束缚。

为什么一个物体离开之后,还会被另外一个物体拉回去呢?我们离开房子、离开汽车,也并没有什么东西拉我们回去呀,但是如果双脚蹬地试图跳离地球,就会马上感受到这种拉回去的力量。

大家都知道,这个拉我们回到地球表面的力量叫作重力,也就是万有引力。

那么,引力究竟是一种什么东西?它又是怎么被发现的呢?

早在两千多年前,人们就开始琢磨“力”

这种看不见、摸不着的东西了。

当时著名的哲学家亚里士多德(现在也很著名)通过观察物体的运动,得出的结论是:力是物体运动的原因。

比如,马车是需要用力拉的,球是需要用力踢的,否则它们就会静止不动。

这个观点似乎并没有什么问题,直到公元17世纪,发明望远镜并用它看向星空的那位大神——伽利略对此提出了不同意见。

伽利略认为,如果一个物体在运动,只要没有让它加速或减速的原因,它就会保持原来的速度继续运动下去。

这似乎与人们的日常经验不太相符——球被踢出去之后,没有任何人去碰它也会停下来,这怎么解释呢?伽利略经过观察和实验发现,球踢出去之后并不是没有受力,在空中它会受到空气的阻力,落地后也会遇到来自地面的和球运动方向相反的摩擦力。

很明显,球在摩擦力大的草地上很快就会停下来,在光滑的大理石地面很久都停不下来。

摩擦力越小,球就会滚得越远,可以想象,如果摩擦力消失了,球就会一直滚下去。

后来,法国科学家笛卡尔进一步补充:如果运动的物体不受任何外力的作用,不仅速度不变,而且运动方向也不会改变。

最后,牛顿把这些现象总结为一条重要的科学定律一一牛顿第一定律:一切物体都有保持静止或者匀速直线运动的性质。

这种性质也就是前面我们提到过的“惯性”

既然牛顿第一定律告诉我们,没有力也可以有运动,那么是不是从此力就和运动没有关系了呢?牛顿说:当然不是!

力是改变物体运动速度和方向的原因。

他又补充了一个定律一一牛顿第二定律,定量描述了力作用在物体上的效果。

这个定律是这么说的:物体受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向与合外力的方向相同,大小与合外力的大小成正比,与物体的质量成反比。

什么是合外力呢?就是一个物体可能同时受到很多个力,但它不可能同时向很多个方向运动,因为所有的力会互相叠加和抵消,四舍五入就等于一个方向的力,这个力就是合外力。

而加速度则用来表示物体速度变化的快慢,它的值等于速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。

牛顿先生发现的第一定律和第二定律,为人类解决了力与运动的关系这个大问题,却没有解决一个令他自己头痛的小问题,就是为什么在树上安安静静挂着的苹果,会突然落下来砸得他头痛呢?他开始思考:既然所有的物体改变运动状态都是受到了外力的作用,那么让苹果从树上向地面落下的力是什么呢?树再高一些又会怎么样呢?如果树一直长到月亮上,苹果还会掉落到地面上来吗?为什么月亮不会像苹果一样落到地面上呢?又是什么力量,让月亮不停地围着地球转动呢?

按照牛顿第一定律,如果没有受到外部施加的力,月球应该保持静止或者做匀速直线运动,之所以会绕着地球旋转,不停地改变运动的方向,一定有一种看不见的力量不断把它往地球的方向上拉。

如果没有这种拉力的话,月球就会沿着与轨道相切的方向直线飞离轨道,就像链球运动员拉着链球让它围绕自己旋转一样,如果他松开手,链球就会沿着拉力消失的那一瞬间运动的方向直直地飞出去。

苹果长在树上没有惹任何人,之所以会落向地面,一定有一只看不见的手在拉它。

从1665年到1685年,牛顿花了整整20年的时间,终于找到了把苹果拖向地面的那只“隐形的手”

,并且从数学上证明了把苹果拽到地面上的力量与把月亮束缚在地球周围不停旋转的力量是同一种力——万有引力。

牛顿认为,所有的物体都是通过万有引力相互吸引的,只要有质量,就有万有引力。

同时他还找出了万有引力作用的规律:引力的方向是沿着两个物体中心的连线,引力的大小和物体质量的乘积成正比,和物体之间距离的平方成反比,再乘以一个引力常数G,就可以得到引力的数值了。

G是通过多次测量测出来的,它的值大概是6.67×10-11N·m2kg2。

万有引力的计算公式

在地球上,引力赋予了苹果重量,让苹果落向地面。

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