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      1. 您現在的位置是:首頁 >生活 > 2020-10-08 20:56:07 來源:

        生活小知識:地球為什么有引力?

        導讀 最近小編發(fā)現有諸多的小伙伴們對于地球為什么有引力?這個問題都頗為感興趣的,大家也都想要及時了解到地球為什么有引力?相關信息,那

        最近小編發(fā)現有諸多的小伙伴們對于地球為什么有引力?這個問題都頗為感興趣的,大家也都想要及時了解到地球為什么有引力?相關信息,那么小編今天就來為大家梳理下具體的關于這個問題的一些消息吧。

        • 01

          任何有質量的兩種物質間都有引力。在地球表面的任何物體,相較于地球本身的質量,均微不足道。所以接近地球的物體,全被吸引朝向地球質量的中心,此為地心引力。

          地球的引力現象有兩個方面表現:

          一是地球磁性的地心吸引力現象,能對來自太空并靠近地球軌道運行的各類物體,都能通過異性相吸的磁性手段,將其吸引到地球中來,從而實現地球質量不斷壯大之目的,這種引力現象稱之為地心磁性吸引力。

          二是地球自轉時其巨大磁場的牽引力現象,目前在地球巨大的磁場之中,已形成了一條較為穩(wěn)定的磁力線圈供月亮圓周運行,這種引力現象稱之為磁場磁性牽引力。

          地球引力具體形成原因

          假如地球表面完全為自由流動的液態(tài)水所覆蓋,那么這種液體水的表面呈現一個扁球體,在兩極稍平,而在赤道膨脹,。這個理想的形狀,稱為地球體,它將完美地同全部的重力、轉動力相平衡。 牛頓定律對于引力的表達是重力遵循的基礎。

          眾所周知,該定律的基本表述為:m1與m2這兩個質點之間的引力,正比于二者質量的乘積,反比于這兩個質點中心之間距離的平方,如果說此處的F為作用在m2上的力,那么R1為從m1指向m2的單位向量,r是m1與m2之間的距離,而A是萬物有引力常數。加上負號表示著力是互相吸引的。

          很明顯,引力是存在于自然界中強度最小的相互作用力。最近還發(fā)現,A的數值也不是常數,而是隨著時間有緩慢的減少。它的這種變化,是由許多原因造成的,其中之一被認為是由于地球半徑隨著時間而增加,這樣反過來,又必將對地球的發(fā)展歷史帶來深刻的影響。可是,所得出的A值變化速率是如此之小,以至于它在整個地球演化過程中,即在幾十億年的時間內,其變化速率只大約為1%,所以在實際應用上并無什么真正的價值。

          由于地球(假定為m1)這個巨大質量的存在,使得m2所產生的加速度,稱做重力加速度。它最早是被伽利略在意大利的比薩斜塔上測定的。在地球表面上這個數值一般定為980厘米/秒2,通常又將1厘米/秒2稱為“伽”(gal),用以紀念這位偉大的科學家。重力場是守恒的,也就是說在重力場中,移動一個物體所做的功,獨立于它所經過的路徑,而僅僅取決于它的終點。

          事實上,假如該質量最終轉到它原來出發(fā)時所處的位置時,其凈能量的消耗等于0,而不管它在其間所走過的道路是什么。這在自然地理面中,是可以很輕易得到證明的。尋常所見的水分循環(huán),就是一個很好的說明重力守恒的例子。一滴水從海洋面上被蒸發(fā),克服重力,進入大氣,這是外界做功的結果。待它由空中重新回歸到海洋時(而不管它是直接落入海洋,還是被運送到幾千公里之外,又隨著河川逕流回到海洋來的),放出了原先 克服重力時的那部分功,遵循著重力守恒,使得凈能量的 消耗等于0。類似的例子,在地表面是很多的。

          另外一種對重力守恒的表達方式就是:動能和勢能之和在一個 封閉體系中為一常數,這涉及到動能與勢能的互相轉化,也是我們要經常使用的一個規(guī)律。同時要記住引力是一個向量,它的方向是沿著地球的質量中心與另外一個物體質量中心的連線,這在進行向量分析時,是極為有用的。地球表面的重力大小,一般來說與五個因素有關,它們是地理緯度、海拔高度、周圍地體的地形、地球潮汐與地表以下物質的密度。

          這最后一個因子,僅僅在進行重力測量中才有價值,一般情況下它對重力變化的影響,要比前四個因子的聯合效應小的多。例如,從赤道到兩極,重力隨著 緯度變化的數量大約為5伽,而油田勘探中的較大重力 異常是10毫伽,只相當于上述數字的1/500。

          在1930年,國際大地測量和地球物理協會采用了一個公式,給出了在地球這個橢球體上任意一點的重力加速度為: 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——緯度,常數α及β分別是0.0052884和-0.0000059。自從1930年以來,由于在重力測量中獲取了大量的資料,特別是通過 人造地球衛(wèi)星的準確測定,上式中的常數已經有了進一步的改動。

          從自然地理學的角度來看,我們的著眼點不在于尋求計算重力或進行訂正的準確公式,而在于利用這種重力分析的基本原理,闡述物質在進入自然地理面和輸出到環(huán)境時的受力狀況,在這些受力當中,重力是特別應當考慮的一項。

          舉凡地形的改變、物質的搬運和 堆積、氣團的運動、水分的循環(huán)、生物的生長,甚至于地球物質的調整等,離開了重力的分析,就不可能得出正確的結果。前面已 經講過,重力最為明顯的表達,一般都在地球固體表面之上。在其下并非重力消失了,只是不容易有如固體表面之上那樣 明顯地看出來罷了,此外作為研究的對象來說,我們亦不去特別關注地層深處的重力狀況,而只接受它所帶來的對地表造成的后果。進而看到,在海平面之上陸地面積約占全球總表面積的29%,以雨和雪降下來的水,必然經受重力的作用回歸到海洋中去。

          這樣,每一次落到地表上的降水,都具有比例于本身質量和海平面以上高度的乘積,這樣數值的能量,這就是它所具的勢能。在陸地地表,亦有個別的點低于海平面,例如我國的吐魯番盆地,美國加利福尼亞的死谷等,它們之所以能在陸面上保持這種例外的情況,一是由于其面積小,二是由于這些盆地均處于干旱區(qū),很少有降水發(fā)生。

          假如把它們移到濕潤地區(qū),這種低于海平面的狀況決不會保持很久,在重力的參與下,很快就要被水充滿或被水所帶來的風化物質填注,以補足海平面在全球延伸中的“漏洞”。重力在自然地理面中的表現,既平常又深刻,對此應有充分的認識,現粗略地討論一下重力在改造地表形態(tài)上的作用。陸地表面由于風化作用而造成的松散 物質,在一定的條件下,由于力的作用是要移動的。

          無論是從高處到低處的滾動、滑落、崩塌,還是通過河流的輸運,風的挾帶等,其中一個極重要的因素就是重力的參與。我們以一個在坡面上運動的巖塊為例,簡要分析一下重力的作用。由分析得知,重力的一個分力,即巖塊向下滑動的力,比例于所處坡度的 正弦,當然還取決于這個坡面的摩擦系數。

          一克重的巖塊在坡度為45°時,向下滑動的分力為0.7克;而當該坡度等于60°時,這個分力將增加到0.87克(如圖5.5)。由于摩擦系數很少有大于1的狀況,因此單憑摩擦系數的阻抗,在坡度大于45°時,將支持不住重力所引起的向下滑動的分力。事實上,比40°更為陡峭的自然坡度在全球是很少見的,因為如果有超出40°的角度時,重力作用將比較 迅速地對此加以改變,由此可以看出重力改變地表形態(tài)的作用來。

          在討論 地球重力的同時,我們對于其它星體產生的類似于地球引力的 作用力,也要加以必要的重視。最主要的就是月亮和太陽對地球的引力。

          月亮和地球的距離很近,約等于三十個地球的直徑,根據萬有引力定律,引力與距離的平方成反比,因而盡管月球的質量不算太大,但對于地球上各個 質點的引力卻相對的要大一些。太陽的質量很大,約等于二千億億億噸,是 地球質量的三十三萬倍,但由于地球與太陽之間的距離太遠,是月球—地球之間距離的四百倍,因此,它對地球的引力,只是月球對地球引力的46%。

          所以,地球上的 潮汐現象是太陽和月亮二者作用力的合成,這里我們只需了解月亮的引力作用比太陽更大這一點就夠了。地球的質量是月球的81.5倍,因此月—地系統(tǒng)的 公共質量中心,必然大大地偏向于地球一側,大約在距地心0.73倍 地球半徑的地方,兩個球體每月繞著這個共同的質量中心轉動。月球對于地球的引潮力 固然重要,但這個引潮力的數量值卻并不太大,只相當于地球重力的千萬分之一。

          對于地球上一個10噸重的物體來說(即重力等于10噸),其引潮力僅有1克。這樣小的力,人通常是感覺不出來的。但地球對 這種不大的引潮力,反應卻十分明顯。很早以前,就發(fā)現海水在一日內有規(guī)律的漲落(潮汐)與月球有密切關系。

          此外,地球不是一個剛體,一般都認為它是一個具有彈性的球體,對于具這樣一種特性的球體,在 引潮力的作用下,地球的固體巖石地殼也會產生“潮汐”現象,叫做固體潮,每天都要升降達30厘米左右。當然地球對月球的引潮力更大,它使得月殼突起和下落的幅度達到3公里左右。與此同時,地球上的大氣,也因為這種引潮力,每天都產生著“大氣 潮汐”。

          至于海洋這個龐大的水體,其上的潮汐現象就更為明顯了,加拿大東海岸的芬地灣 蒙克頓港,最大潮差達19.6米,堪稱世界前茅。我國 錢塘江口的最大潮差記錄為8.9米,當然各個地方由于所處位置及周圍環(huán)境的不同,潮差也是不相同的。月球和太陽的引力在塑造陸地表面的地形方面,也是一個具有一定意義的因素。 康德在1775年,曾率先提出把漲潮作為改變地球旋轉速度的一個因素。

          近年來,在探討關于地震的預測預報中,也有人把潮汐力作為一個對地震起因的 觸發(fā)因子。此外,對于自然地理來說,更為明顯的則是潮汐對于海陸交界處地形的變更作用,對于岸線的影響作用,以及對于波浪運動的作用等 。