牛頓萬有引力定律
| 牛頓萬有引力定律 |
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牛頓萬有引力定律全稱為「萬有引力定律」（law of universal gravitation），為物體間相互作用的一條定律，1687年為牛頓所發現。任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。如果用m1、m2表示兩個物體的質量，r表示它們間的距離，則物體間相互吸引力為F=（Gm1m2）/r²，G稱為萬有引力常數也可簡稱為引力常數，G由卡文迪許使用扭秤裝置測出，其值約為6.67×10^-11 N·m²/kg²。
定義
萬有引力定律：屬於自然科學領域定律，自然界中任何兩個物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個物體的質量乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。
公式表示
F: 兩個物體之間的引力
G:萬有引力常量 [1]
M: 物體1的質量
m: 物體2的質量
r: 兩個物體之間的距離(大小)(r表示徑向矢量)
依照國際單位制，F的單位為牛頓(N)，m1和m2的單位為千克(kg)，r 的單位為米(m)，常數G近似地等於
G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²（牛頓平方米每二次方千克）
萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中首先提出的。牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規律，而且還指出木星、土星的衛星圍繞行星也有同樣的運動規律。他認為月球除了受到地球的引力外，還受到太陽的引力，從而解釋了月球運動中早已發現的二均差，出差等；另外，他還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現象。根據萬有引力定律成功地預言並發現了海王星。
萬有引力定律出現後，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上，從而創立了天體力學。 簡單的說，質量越大的東西產生的引力越大,這個力與兩個物體的質量均成正比，與兩個物體間的距離平方成反比。地球的質量產生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。
萬有引力定律傳入中國：《自然哲學的數學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結了他一生中許多重要發現和研究成果，其中包括上述關於物體運動的定律。他說，該書「所研究的主要是關於重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數學原理。」該書傳入中國後，中國數學家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了。現有的中譯本是數學家鄭太朴翻譯的，書名為《自然哲學之數學原理》，1931年商務印書館初版，1957和1958年兩次重印。
重力
在人類航天事業興起之前，萬有引力早已被應用於宇宙天體的研究。重力雖然早被發現，但是重力的研究進入宇宙這個領域，是航天科學帶領的。從地面出發進行的宇宙航行的路上，物體受的重力要發生巨大變化。到達目標天體或人造天體後，物體受的重力也會與地球上有很大區別。要考慮人如何耐受體重的巨大變化，要研究支撐物如何承受物體重量帶來的壓力的巨大變化。但是重力的研究難於萬有引力。至今重力的定義只停留在地面附近，重力的概念也沒有深入本質。重力研究停留在下面的小範圍之內。
重力，就是由於地面附近的物體受到地球的萬有引力而產生的。但是需要注意的是，因為地球在自轉，除了在南極北極端點，在地球上任意一點的物體，其重力並不等於萬有引力（因為這裡的萬有引力是指地球本身的引力，而重力是物體本身的質量再加上萬有引力）。此時可看作繞地球的向心力和重力合成萬有引力（矢量和—平行四邊形法則）。由於繞地球自轉的向心力遠小於重力，故一般就認為重力就略等於萬有引力了，其實重力是略小於萬有引力的，只有在南北極物體繞地球自轉的向心力為零時，重力才等於萬有引力。重力和萬有引力的方向不同，重力是豎直向下，萬有引力是指向地心，豎直向下和指向地心是不同的，不能混淆。
上面研究重力的方法只適用於地面，宇宙航行中的重力和宇宙中天體或人造天體上的重力的研究，離不開下面重力的概念和定義。
在靜力學範圍內，以放置物體的支撐物或物體本身為參照物，來研究重力能得到最好的保障。萬有引力和慣性力都是同時作用在物體的每一個微小部分，因此都能使物體獲得重量。在沒有其他的力具有這樣的作用效果。因此將萬有引力和慣性力的共同作用，即它們的合力叫做重力。這種研究重力得到的結果與上面提到在地面上的研究方法得到的結果完全相同，因為地球也是宇宙天體之一。
會從這裡發現，在地面研究重力，怎麼只考慮地球的引力，卻沒有考慮把地球吸引得團團轉的太陽的萬有引力和其他眾星球的萬有引力？新的概念和定義能很好地做出解釋。把各星球看做質點，那麼太陽的萬有引力和其他眾星球的萬有引力，都分別和與它們對應的慣性力相互抵消。因此在求地面上物體的重力時除地球萬有引力以外，其他的萬有引力可以不參與重力的計算。但是不加考慮是不可以的。
宇宙航行中物體的超重、失重現象的解釋和物體在其他星球上的重力計算，都可以在新定義下，用物體所受重力的變化或說重量的變化來解決。這樣重力的研究就會伴隨萬有引力的研究進入宇宙空間。
偉大意義
17世紀早期，人們已經能夠區分很多力，比如摩擦力、重力、空氣阻力、電力和人力等。牛頓首次將其中一些看似不同的力準確地歸結到萬有引力概念里：蘋果落地，人有體重，月亮圍繞地球轉，所有這些現象都是由相同原因引起的。牛頓的萬有引力定律簡單易懂，涵蓋面廣。
萬有引力的發現，是17世紀自然科學最偉大的成果之一。它把地面上的物體運動的規律和天體運動的規律統一了起來，對以後物理學和天文學的發展具有深遠的影響。它第一次揭示了自然界中一種基本相互作用的規律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。
牛頓的萬有引力概念是所有科學中最實用的概念之一。牛頓認為萬有引力是所有物質的基本特徵，這成為大部分物理科學的理論基石。
參考來源