引力、重力和质量

引力、重力和质量

　　万有引力定律告诉我们，宇宙万物之间都存在着引力作用。我们把物体在地球上及其他天体上所受到的引力称为重力。因为处于引力场中的物体都受到重力作用，所以重力的本质是引力相互作用。实际上，物体所受到的重力是宇宙中所有其他物体作用在该物体上的万有引力的合力，因此，引力和重力的概念不是地球上所特有的，太阳或其他天体对附近物体的引力也可以称为重力。广义来说，任何天体使物体产生向该天体加速度的力，都可以称为“重力”，如月球重力，火星重力等。

　　如果把地球看作惯性系，物体所受的重力就等于万有引力。但是，由于地球的自转作用，它不是精确的惯性系。因此，当我们以地球为参照系的时候，还需要考虑离心惯性力的作用，这时，重力和地球引力就会出现微小的差别。

　　将质量为m的物体悬挂于线的末端，使其相对地球静止，这时物体受到三个力的作用，即线的拉力 ，地球的引力以及惯性离心力。ω为地球目转角频率，为从地球自转轴引向物体质心的矢量，与地球自转轴垂直，如图5-2所示。此三力平衡，即

　　当该物体用线悬挂并相对地球静止时，物体所受的重力方向竖直向下，它的大小在数值上等于物体对悬线的拉力，即，所以。

　　因此，精确地说，物体所受的重力为地心引力与惯性离心力的合力。

　　如果物体在地球上所处的纬度不同，则也不一样，惯性离心力也就不同，物体所受的重力也因而改变。在赤道上，重力最小;在两极，重力最大，这时重力等于地球引力;在其他纬度上，重力处于最大值与最小值之间。由于重力与引力之间的夹角很小，惯性离心力的大小与重力大小相比又微乎其微，所以引力是重力所包含的主要成分。

　　用和分别表示物体在地球上某处所受的重力和重力加速度，用m表示物体的质量，根据牛顿第二定律，则有

　　这里我们看到，重力与质量有关。

　　质量是物质的一种属性。惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗性质，是一切物体都有的固有性质。牛顿在第二定律中引入惯性质量m=f/a来显示物体惯性的大小，式中f是作用在物体上的外力的大小，a是物体的加速度的大小。根据牛顿第二定律，利用惯性秤测量出f和a，可以测出物体的惯性质量。

　　引力是每一个物体吸引其他物体或被其他物体吸引的作用，引力和惯性一样，也是物体普遍存在的固有性质。牛顿在万有引力定律中引入了引力质量以显示物体产生和接受引力的强弱，，式中m1和m2是两物体的引力质量，G是引力常数，r是m1、m2间的距离，F是引力的大小。利用天平比较两物体所受引力的大小，可以测出物体的引力质量。

　　实验表明，物体的引力质量和惯性质量是同时存在的，并且总是成比例。当单位选择适当时，同一物体的惯性质量和引力质量相等。所以在一般情况下，我们将这二者统称为质量。