你可能认为这理所当然,或者从来就没想过,似乎“每个物体都会往下落”是天经地义的事情(就像亚里士多德说的“XX天然有向地球中心运动的趋势”一样)。
可是,你想想惯性定律,万物都是“懒”的,人也一样。
假如没有外力影响,物体会一直维持原来的运动状态。原来是静止的,后面就一直静止;原来有一个速度,后面就一直以这个速度匀速直线运动。
我们跳起来时,速度是指向天上的,跳起来后慢慢减速,到了最高点速度为0,然后开始反向加速下落。
整个过程中,速度的大小和方向都发生了明显的变动,这就表明跳跃时一定受到了其它外力的影响,这个力让我们的速度发生了改变。
可是,我们跳起来后明明没有跟任何东西接触,那这能是什么力呢?答案是引力,是我们和地球之间的万有引力。
任何两个物体之间都有引力,地球和地面物体之间当然也是。你能够把地球想象成一个巨大的吸铁石,它对地面上的任何东西都有强大的吸引力,所以高处的物体总会往低处走。
于是,你跳起来,又被吸回来;苹果会被吸到地面,高处的水被吸到低处;你提着一袋东西认为重,那是因为地球想把这袋东西吸过去,但你“死死拽着”不放,你在跟地球拔河;月亮一直围着地球转,也是因为被地球吸住了,想跑跑不掉……
那些,都是地球引力干的,它吸引着一切,感知极强。
因为我们生活在地球,从小就感受着来自地球的引力,所以已经见怪不怪。
可是,假如哪天你到了月球,因为月球的引力比地球小 许多,你可能轻松一跳就是两层楼高;假如在外太空,可能轻轻一跳,就永远下不来了。
小微当年学习引力时,还解开了一个困惑我多年的谜题,内心倍感舒畅,这里也分享一下。
从小我就知道人类生活在地球表面,那问题就来了:我住在地球“上面”,头朝上,那住在地球另一面的人岂不是脚朝上?为何他们没有掉下去?
直到学了万有引力,我才恍然大悟:原来各位都是被地球吸住的!
完全就没有什么绝对的上下,也不是上面的东西天生就要往下落,而是各位都被地球吸得往地心方向跑而已。
好,到这里,相信各位对引力就有一个概念了。
但这还远远不够,尽管我知道苹果下落、月亮围着地球转都是引力导致的,那引力具体是怎么影响它们的呢?
这个地球引力究竟会使苹果以多大的加速度下落?1秒后苹果的速度是多大,2秒后会下落几米?它会使月亮以多大的周期围着地球转?
假如不把那些细节搞清楚,我们也不好意思说弄懂了它们的运动状况。
说白了,我们必须能定量算出两个物体间引力的大小,然后才能用牛顿第二定律F=ma算出具体的加速度,进而分析物体的运动细节。
10
万有引力定律
引力的规律要怎样找呢?
前面说了,引力非常微弱,地面物体之间的引力非常小。想通过观测它们来总结引力的规律,怕是行不通。
所以,我们把目光转向了天上。月亮围着地球转,地球和其它行星围着太阳转, 一部分大的行星(比如木星和土星)还有一堆卫星围着它们转,那些肉眼可见的天文现象可都是引力主导的啊。
于是我们夜观星象,把星体的运动轨迹都记录下来(一个叫第谷的人做得极好)。然后分析它们的运动轨迹,从中找出 一部分星体的运动规律(第谷的同学开普勒发现了行星运动的三大定律)。最后根据那些定律,借助数学和物理知识反推出让星体这么运动的力应该具有什么样的性质。
这一步, 许多科学家都在走,但牛顿凭借他逆天的数学和物理才华(唯一一个同时稳居数学、物理Top3的人),第一个走出了迷宫,给出了描述引力的精确定律,并用它成功解释了当时一切跟引力相关的运动现象。
这一仗,牛顿大获成功,这个能精确描述引力的定律,被称为万有引力定律。