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万有引力ばんゆういんりょく定律ていりつ

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兩個りゃんこ物體ぶったい互相吸引きゅういん

うしとみてき万有引力ばんゆういんりょく定律ていりつ英語えいごNewton's law of universal gravitation),通称つうしょう万有引力ばんゆういんりょく定律ていりつ定律ていりつ指出さしで兩個りゃんこ質點しつてん彼此ひしあいだ相互そうご吸引きゅういんてき作用さようりょくあずか它們てき質量しつりょうじょうせきなりせいなみあずか它們あいだてき距離きょりなり平方へいほうはん

万有引力ばんゆういんりょく定律ていりつゆかりもぐさ萨克·うししょうため歸納きのう推理すいりてき經驗けいけん觀察かんさつとくてき一般いっぱん物理ぶつり規律きりつ。它是經典きょうてん力學りきがくてきいち部分ぶぶんざい1687ねん于《自然しぜん哲学てつがくてき数学すうがく原理げんりちゅうくび發表はっぴょうてき,并於1687ねん7がつ5にちくび出版しゅっぱんとううしとみてきしょざい1686ねんひさげ交給英國えいこくすめらぎ學會がっかいときはくとく·えびすかつせんしょううしひたすらしたがえうらいたりょう距離きょり平方へいほうはんりつ

定律ていりつわか按照現代げんだいぶん明示めいじりょうまいいちてん質量しつりょう通過つうか指向しこう沿著りょうてんしょう交線てき力量りきりょうらい吸引きゅういんごといち其它てんてき質量しつりょうちからあずか兩個りゃんこ質量しつりょうてきじょうせきなりせいあずか它們あいだてき距離きょり平方ひらかたしげるはんせき於牛頓所とんしょ明示めいじ質量しつりょうあいだ萬有引力ばんゆういんりょく理論りろんてきだいいち實驗じっけん英國えいこく科學かがくとおる·卡文すすむ於1798ねん進行しんこうてき卡文すすむもと實驗じっけん。這個實驗じっけん發生はっせいざい自然しぜん哲学てつがくてき数学すうがく原理げんり出版しゅっぱん111ねんこれ,也是ざい世大せだいやく71ねんこれ

くら定律ていりつ類似るいじ於牛とみてき引力いんりょく定律ていりつようらい計算けいさん兩個りゃんこ帶電たいでんたいあいださんせいてき電力でんりょくてき大小だいしょう兩者りょうしゃ平方ひらかたはん比定ひていりつ,其中作用さようりょくあずか物體ぶったいあいだてき距離きょり平方ひらかたしげるはんくら定律ていりつよう兩個りゃんこ電荷でんからい代替だいたい質量しつりょうてきじょうせきようしずかでん常數じょうすう代替だいたい引力いんりょく常數じょうすう

うしひたぶる定律ていりつてき理論りろん基礎きそざい現代げんだいてき學術がくじゅつかいやめけいあいいん斯坦てき廣義こうぎ相對そうたいろんところだいただし它在だい多數たすう應用おうようちゅう仍然用作ようさく重力じゅうりょくこうおうてき經典きょうてん近似きんじただゆうざい需要じゅよう極端きょくたん精確せいかくてき時候じこうあるものざい處理しょり非常ひじょう強大きょうだいてき引力いんりょくじょうてき時候じこう如那些在ごく密集みっしゅうてき物體ぶったいじょうあるものざい非常ひじょうちかてき距離きょり如水にょすいほしにょう太陽たいようてき軌道きどうざい需要じゅよう相對そうたいろん

定律ていりつてい

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基本きほんてい

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うし顿的万有引力ばんゆういんりょく定律ていりつ表示ひょうじ如下:

任意にんい两个质点よしどおり过连こころ线方向上こうじょうてきりょく相互そうご吸引きゅういん。该吸引力いんりょくてき大小だいしょうあずか它们てき质量积成せいあずか它们距离てき平方ひらかたしげるはんあずか物体ぶったいてき化学かがくほん质或物理ぶつりじょう态以及中かいぶつ质无关。

标量しき

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其标りょうしきかたほど表示ひょうじ为:

其中,

あきらくに际单せいてき单位为うし(N),てき单位为千かつ(kg),てき单位为米(m),常数じょうすう大約たいやくため6.67×10−11 N m2 kg−2うし顿米てき平方へいほうごとせんかつてき平方へいほう)。

こうりょうしき

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地球ちきゅう万有引力示意图
地球ちきゅう附近ふきんそら间内てき万有引力示意图:ざい数量すうりょう级上地球ちきゅう表面ひょうめんてき弯曲ゆるがせりゃく计,いん此力线可以近似きんじ相互そうご平行へいこう并且指向しこう地球ちきゅうてき中心ちゅうしん

うし顿万有引力定律亦可通过むかいりょうかたほど的形まとがたしきさらじゅん确地进行ひょうじゅつ,而用以计さん万有引力ばんゆういんりょくてき方向ほうこう大小だいしょう

ざいしたれつ公式こうしきちゅう,以粗たい显示てきりょう代表だいひょうむかいりょう

ある
其中,
:物体ぶったい2作用さよう物体ぶったい1てき万有引力ばんゆういんりょく
: 万有引力ばんゆういんりょく常数じょうすう,其值约等于
あずか:ぶん别为物体ぶったい1和物あえものたい2てき质量
:物体ぶったい2和物あえものたい1これ间的距离
:物体ぶったい1いた物体ぶったい2てき单位むこうりょう

以看出向しゅっこうりょうしきかたほどてき形式けいしきあずかこれぜん给出てき标量しきかたほどあい类似,别仅ざい于在むこうりょうしきちゅうてきFいち个向りょう,以及ざいむこうりょうしきかたほどてきみぎはしじょううえりょうしょう应的单位むこうりょう。而且,わが们可以看F12 = − F21.

引力いんりょく加速度かそくど

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标量しきかたほど

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假設かせつ质点てき引力いんりょく加速度かそくどため根據こんきょうし顿第定律ていりつそくはた這表たちしき代入だいにゅううしひたぶる萬有引力ばんゆういんりょくかたほどのりいた

類似るいじまたいた

あきらくに际单せい引力いんりょく加速度かそくどどう其他一般いっぱん加速度かそくどてき单位规定为べいごと平方へいほうびょう (さくある)。

注意ちゅうい上述じょうじゅつかたほどなかてき,质量てき加速度かそくどざい实际じょう并不决于てき值,そく引力いんりょく加速度かそくど大小だいしょう僅与ゆう关。

こうりょうしきかたほど

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どう样,引力いんりょく加速度かそくどてきこうりょうしきかたほどあずか其标りょうしきかたほどあい类似:

引力いんりょく

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球状きゅうじょうぼし团M13证明引力いんりょく场的存在そんざい

引力いんりょく场是よう于描じゅつざい任意にんいそら间内ぼう一点的物体每单位质量所受万有引力的りょう。而在实际上等じょうとう于该てん物体ぶったいしょ受的引力いんりょく加速度かそくど

りょうしき

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以下いか一个普适化的矢量式,应用于多于两个物体ぶったいてきじょう况(れい如在地球ちきゅうあずかつきだま间穿ぎょうてき火箭かせんてき计算。对于两个物体ぶったいてきじょう况(如说物体ぶったい1火箭かせん物体ぶったい2地球ちきゅうらい说,引力いんりょく表示ひょうじ为:

いん此可以得いた

公式こうしき受产せい引力いんりょく场的物体ぶったいてききりせい引力いんりょく场的单位为力じょ以质量的りょうてき单位;ざいくに际单せいうえ规定为N·kg−1うし顿每せんかつ)。

适用范围

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如果讨论てき物体ぶったい具有ぐゆうそら间广(远大于理论上てき质点),它们间的万有引力ばんゆういんりょく以以物体ぶったいてきかく个等こう质点しょ受万有引力之和来计算。ざい极限じょうとう组成质点趋近于“无限しょう”时,はた需要じゅようもとめ物体ぶったい间的りょくざいそら间范围上てき积分

从这さと以得:如果物体ぶったいてき质量分布ぶんぷてい现均匀球じょう时,其对外界がいかい物体ぶったいほどこせてき万有引力ばんゆういんりょく吸引きゅういん作用さようはたどう所有しょゆうてき质量集中しゅうちゅうざい物体ぶったいてき几何中心ちゅうしん[1]时的じょう况相どう。(这不适用于非球状きゅうじょう对称物体ぶったい)。

存在そんざいてき问题

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つきかんうし顿对万有引力的描述对于众多實際运用案例来说十分地精确,ただし它也遭遇そうぐういた一些理论難题,而且证實符合ふごういち些重よう觀測かんそく結果けっか

论難题

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  • うし顿的需要じゅようてい义万有引力可以瞬时传播。よし此给りょう古典こてん自然しぜん时空观的かり设,这样またのう使约翰ない斯·开普勒ところ观测到てきすみ动量守恒もりつね成立せいりつただし,这与爱因斯坦てきせま义相对论论有直接的ちょくせつてき冲突,いん为狭义相对论てい义了速度そくどてき极限——空中くうちゅうてき光速こうそく——ざい速度そくど信号しんごう以被传送。

あずか观测结果

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うし顿的论并不能ふのう完全かんぜんかい释出水星すいせいざい沿其轨道运动到近日きんじつてん时出现的进动现象[2]うし顿学说的预言(ゆかり其它ぎょうほしてき引力いんりょく拖曳产生)あずか实际观察到てき进动しょうごと纪会现43びょうてき误差。

うし顿理论预ごとざい万有引力ばんゆういんりょく作用さようひかり线的へんおりただゆう实际观测结果てき一半いっぱん广义しょう对论则与观察结果さら接近せっきん

うし顿理ろん不能ふのうかい释為什麼いんも所有しょゆう物体ぶったいてき引力いんりょく质量あずか惯性质量しょうどう这一观测现象。广义しょう对论则将它作为一个基本きほん条件じょうけんさら內容,請參閱条とうこう原理げんり

定律ていりつ局限きょくげんせい

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とううし顿的非凡ひぼん工作こうさく使万有引力定律能够以数学公式來表達后,仍然满于公式こうしきちゅうしょ隐含てきちょう距作よう观点。从来ぼつゆうざいてき文字もじちゅうきゅう产生这种能力のうりょくてき原因げんいんざい其它じょう况下,使用しよう运动てき现象らいかい物体ぶったい受到不同ふどうりょくてき作用さようてき原因げんいんただし对于万有引力这种情况,却无法用ほうよう实验方法ほうほうらい确认运动产生りょう万有引力ばんゆういんりょく。此外,甚至还拒绝对这个よし地面じめん产生てきりょくてき起因きいん提出ていしゅつかり设,而这一切都违背了科学证据的原则。

うし顿对万有引力的发现埋葬了“哲学てつがくいたりこん仍在徒勞とろうこう试图探索たんさく自然しぜん”(philosophers have hitherto attempted the search of nature in vain)这句しょ谓的真理しんり,就同ふかしんてきゆうかく种因もと使つかいどくかく种迄こん知的ちてき原因げんいん所有しょゆう自然しぜん现象”てきもと础。这些基本きほんてき现象いたりこん仍在研究けんきゅうちゅう,而且,虽然存在そんざい许多种的かり设,さい终答あん仍然ぼつゆう找出。虽然爱因斯坦てきかり设的确比うし顿的かり设更のうせい确地かい释确じょうあんれいちゅう万有引力ばんゆういんりょくてき作用さよう效果こうか也从らいぼつゆうざいてき论中为这种能りょく赋予いち原因げんいんざい爱因斯坦てき方程式ほうていしきちゅう,“もの质告诉空间怎么彎きょくそら间告诉物质怎么移动”。ただし这个完全かんぜん异于うし顿世かいてきしんてき思想しそう,仍不足ふそく使爱因斯坦しょきゅう“产生这种能力のうりょくてき原因げんいん万有引力定律使牛顿所赋予的原因更能使空间彎曲。うし自己じこ说:

如果人類じんるいてき科学かがくさい终能够发现万有引力ばんゆういんりょく如何いか产生(製造せいぞうてきうし顿的夢想むそう也将ずい实现。

需要じゅよう注意ちゅういてき,这里使用しようてき单词“原因げんいん(cause)”并不起因きいん(cause)かずかげ响”あるもの被告ひこく导致(cause)受害しゃ死亡しぼうちゅうしょ表示ひょうじてき义。なに况,とううし使用しよう单词“原因げんいん(cause)”时,あきら显地)ゆび为一种“かい释”。あるもの说,ぞううし顿学说的万有引力是行星运动的原因”这个たん语的意思いし就是うし顿学说的万有引力解释了行星的运动。参看さんかん条目じょうもく因果いんが

まろうどてきもとろん

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まろうどてきもとろん一個關於宇宙整體的悖論,指出さしでとううしとみてき引力いんりょく理論りろん應用おうよう宇宙うちゅうがくかい出現しゅつげん問題もんだいうしひたぶる導出どうしゅつりょうてき萬有引力ばんゆういんりょく公式こうしきざいうつしきゅう當時とうじてきけんきょう哲學てつがく查德·まろうどえいRichard Bentley(Richard Bentley)てきいちふうしんちゅうせつ,如果所有しょゆうてき恆星こうせいみやこゆかり萬有引力ばんゆういんりょく相互そうご吸引きゅういんてきばなし麼一個會被吸引到另一個;恆星こうせいあいだてき距離きょりはた逐漸ちぢみたん最後さいご它們おう該會合併がっぺいなりためいちてんうしひたすらみとめため宇宙うちゅうちゅうてきまい恆星こうせいおう該被其它恆星こうせいしょ吸引きゅういん,它們あいだかい維持いじ固定こていてき距離きょり,而是おう該全たたみ落在いちおこり變成へんせいたんいち恆星こうせいうしひたすらざいしんちゅう承認しょうにんりょういちてんせんしょう上帝じょうていかい不斷ふだんてきほろ調しらべらい防止ぼうし萬有引力應用上預見的結果。[3]

まいり

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參考さんこう文獻ぶんけん

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  1. ^ Proposition 75, Theorem 35: p.956 - I.Bernard Cohen and Anne Whitman, translators: Isaac Newton, The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy. Preceded by A Guide to Newton's Principia, by I.Bernard Cohen. University of California Press 1999 ISBN 0-520-08816-6 ISBN 0-520-08817-4
  2. ^ Max Born (1924), Einstein's Theory of Relativity (The 1962 Dover edition, page 348 lists a table documenting the observed and calculated values for the precession of the perihelion of Mercury, Venus, and Earth.)
  3. ^ Clegg, Brian. What and How Big?. Before the Big Bang: The Prehistory of Our Universe. St. Martin's Press. 4 August 2009: 32–35. ISBN 9780312385477