所谓引力异常 。应该说的是重力异常 。
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图示:思考一下 。什么是上 。什么是下?
地球的引力将我们束缚在地面上 。同时也给我们的大脑提供了关于上和下的方向感 。所谓下指的就是通往地心的那个方向 。所谓上则是与其相反的方向 。引力是一个向内压的力 。也是为什么苹果会落到牛顿头上而不是往天上飞的原因 。因为他在树下坐着呢 。阻挡在了苹果落向地心的道路 。所以 。苹果不砸他砸谁呢?
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图示:苹果和月球
苹果落下与月球围绕地球旋转在本质上是一样的 。想明白这个问题的牛顿 。写出了他最著名的公式 。牛顿万有引力定律公式 。这个公式近乎完美的解释了太阳系中行星们的运转 。而这个公式中又一个重要的常数:G 。它被称为引力常数 。
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图示:牛顿万有引力定律 。万有引力常数G不能随便发生变化 。否则宇宙可就乱套了 。
但牛顿虽然写出了著名的万有引力定律 。但他却遇到了一个大难题 。那就是如何测量出万有引力常数G的值呢?他找不到办法 。这时候是另一个著名物理学家卡文迪许想出了一个巧妙的办法 。测出了物理学界使用的首个引力常数值 。虽然远没有今天的测量精确 。但也凑合着可以用了 。否则牛顿著名的万有引力公式 。就将成为屠龙术 。空有宝刀却没有刀柄没法儿用 。
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图示:卡文迪许扭秤实验 。历史上最优雅物理实验之一
卡文迪许巧妙地利用了这句格言“失之毫厘 。谬以千里” 。虽然他未必知道这句格言 。他用光行程将极其微小的变化加以放大 。放大到可以测量的程度 。在历史上首次测量出了万有引力常数值 。2018年 。中国科学家将万有引力常数的精度又向前推进了一步 。得到了迄今为止最精确的常数值 。为了测得更精确的万有引力常数值 。华中科技大学物理学院罗俊院士团队 。前前后后花费了三十年时间 。排除了种种干扰 。才得到这个重大成果 。
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图示:三十载时光不断更新万有引力常数的测量精度 。这是罗俊院士的人生 。万有引力常数是人类第一个测量的涉及我们宇宙运转规律的常数 。但却是精度测定最差的一个常数 。因为它太小了 。而且干扰实验的因素太多 。
当我们把牛顿的万有引力公式应用到研究地球上的自由落体时 。会得到另一个常数——重力加速度常数 。这个常数和具体的位置有关 。因此所谓的引力异常 。指的都是重力加速度常数的异常 。
那么重力加速度常数是啥?
重力加速度 。用符号g来表示 。它指的是在地球上 。当忽视空气阻力的情况下 。自由落体的加速度值 。它的数值取决于万有引力常数、地球的质量以及物体离地心的距离 。
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图示:重力加速度值的计算公式 。
这个值经过大量实地测试 。物理学家发现它介于9.78~9.83m/s2之间 。基本规律是 。随着纬度的增加 。重力加速度增加 。随着海拔的增加 。重力加速度减小 。原因在于地球自转导致赤道隆起 。因此赤道上的物体距离地心就更远 。因此g值自然变小 。而海拔越高离地心也越远 。所以要想减轻体重就去爬山吧 。在山顶上称您的体重就自然减轻了呢 。:)
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图示:地球是个椭球体 。以赤道为参照 。那么两极下陷 。以两极为参照 。那赤道就是隆起 。
重力加速度值的含义是在自由落体时 。且忽略空气阻力的情况下 。自由落体物体的速度增加量 。比如从速度零开始 。第一秒时物体的速度将会达到9.78~9.83m/s 。第二秒时达到2*(9.78~9.83m/s) 。以此类推 。重力加速度值在赤道区趋于最小值 。而在南北两极则趋于最大值 。物理学家甚至写了一个公式 。综合考虑纬度和海拔高度的g值估算公式 。首先将赤道海平面上的重力加速度设为g0 。g0约等于9.78046m/s2 。
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图示:地球表面不同地区 。重力加速度的估算公式 。地理纬度ψ 。海拔高度为h
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