作者 | 宇宙物理學(xué)
本文字數(shù)2000字，閱讀時長8分鐘。
01
引言
重力和引力，是我們生活中經(jīng)常聽到的兩個詞匯。
很多人認為重力就是引力，這兩個概念是一個意思——但這種想法并不正確。
今天宇宙君就來把它們放在一起，細細講解，看看這兩個概念究竟有何不同。
02
先說引力
引力又被稱為萬有引力，這是因為任意兩個物體或者粒子之間都存在著引力。
引力是宇宙中四種基本相互作用力之一，其余的三種分別是：強力，弱力和電磁力。現(xiàn)在弱力和電磁力已經(jīng)被統(tǒng)一到了一起了，但是我們還是習(xí)慣說四種基本相互作用。
引力是四種相互作用力中最弱的一種，兩個質(zhì)子間的萬有引力只有它們間的電磁力的1/（1.235*10的36次方），即1.235萬億億億億分之一。
引力的大小，可以用牛頓的萬有引力定律來計算：
引力形成的原因，目前來說科學(xué)界并無定論。其中最具說服力和想象力的是廣義相對論，認為萬有引力是由于時空彎曲而產(chǎn)生。
簡單來解釋一下吧：眾所周知，兩點之間線段最短，這是在平面幾何中的公理；這線段就是短程線。然而，在被彎曲的四維時空里，短程線也被彎曲了，所以產(chǎn)生了引力這種效果。
03
再說重力
重力是我們從初中階段就開始學(xué)習(xí)的力，也是最重要、最常見的力之一。但是，國內(nèi)外各種書籍對重力概念的定義不盡一致，基本上分為以下幾類。
為了突出重點，我把文字用圖片表示出來了，紅色為重點信息。
這些概念如果看的不太明白，也沒關(guān)系，下面會把以上概念再分成兩類：
第一類說法：重力就是引力——地球?qū)ξ矬w的吸引產(chǎn)生的力。（包括上圖中的第1，第2，第5）
第二類說法：重力是某個力的平衡力——比如懸線的拉力，地表的支持力等或是自由落體加速度效果的產(chǎn)生原因。（包括上圖中的第3，第4）
這兩種說法在某種程度上都是對的，只是看待重力的精細程度不同而已。
第一種說法，其實是非常粗糙的；而第二種說法，則更接近本質(zhì)。
從第二種說法來看，重力和引力是不同的。
04
重力和引力的關(guān)系
通常所指的重力是由于引力而產(chǎn)生的，重力是引力的一部分；但我們也聽過人造重力，這種重力的產(chǎn)生不是由于引力，而是由于運動。
重力是一種作用效果，所謂的效果，其實就一種感覺。
重力是支持力的體現(xiàn)
而引力是與距離和質(zhì)量相關(guān)一種基本作用，這種作用有著嚴格的計算方法（萬有引力）。
但是，我們要知道，一個力的大小和一個力的作用效果之間并不是那種直接明了的關(guān)系，還和很多其他要素有關(guān)。
比如同樣一個力，作用在不同質(zhì)量的物體上，產(chǎn)生的加速度（其實就是作用效果）就不同；同樣的力，作用在不同運動的物體上，產(chǎn)生的效果也不同。
所以，重力是引力的一種作用效果，這種效果不止跟引力有關(guān)還和其他因素有關(guān)——比如地球自轉(zhuǎn)；
產(chǎn)生重力的效果，不僅僅只能依靠引力，還可以依靠運動——比如，坐在一個做圓周運動的空間里，會產(chǎn)生和重力一樣的作用效果。
自有落體其實是一種失重狀態(tài)
下面通過進行具體的計算來分析和說明。
05
考慮地球自轉(zhuǎn)，具體計算分析
我們隨著地球一起自轉(zhuǎn)，這個轉(zhuǎn)動速度是非常快的，約430米每秒，已經(jīng)超過聲速了。
因此，我們會需要一個力來維持這種圓周運動，這個力，通常被稱為向心力。
向心力并不是一種具體屬性的力，而是一種效果力，這里在不影響說明的情況下，姑且把它稱為一個力。
這個力的大小可以用向心力公式來計算：
我們在地球表面，受到地球的萬有引力是：
那么，真正我們感受到的效果，也就是感受到的重力是：
也就是說，引力的一部分，提供了我們隨著地球做圓周運動的向心力；另一部分，讓我們產(chǎn)生了重重的感覺——即產(chǎn)生了重力。
由于F向只有F引的3%~4%，所以，在不精確的分析中，我們認為G=F引，即重力等于引力——這就是為什么很多人混淆這兩個概念的原因。
進一步分析
如果，向心力變大了，比如地球自轉(zhuǎn)的速度增大了，此時引力是不會變化的，那么重力就會減少。
根據(jù)上圖中的式子，這是顯而易見的。
我們想象一下極限情況，當向心力等于引力時，重力就變?yōu)榱?，也就是我們完全失重了！
我們會飄在空中，而不會像現(xiàn)在這樣緊緊貼在地面上——其實，空間站中的宇航員，就是處于這種狀態(tài)，他們的引力依然存在，和地面差不多大，但是重力完全為零——因為他們隨著空間站一起，繞地球高速飛行，向心力等于重力了。
對了，要達到這種“向心力等于引力，重力變?yōu)?”的速度，就是我們常說的第一宇宙速度，大小約為8公里每秒鐘。
06
自由落體和圓周運動
下面再來分析運動對重力的影響。
第一，自由落體：
當我們做自由落體運動時，由于只受到引力的作用，所以全部的加速度都來源于引力。
這個加速度同樣包括“隨地球自轉(zhuǎn)的圓周運動向心加速度”和“相對地面的自由落體加速度”。
這兩個加速的效果，占用了全部的引力，所以，重力也是為0——因此，自由落體運動也是一個完全失重的狀態(tài)。
第二，加速運動：
為了產(chǎn)生重力的效果，其實不一定需要引力，加速運動同樣可以做到。
當你坐在一個飛船里，朝著一個方向加速度的時候，你會感覺（或者說需要）來自于飛船的支持力，這個支持力維持了你的加速運動狀態(tài)——也讓你產(chǎn)生了重力的感覺。
同樣，當你坐在一個轉(zhuǎn)動的飛船里，向心加速度也會產(chǎn)生重力的效果。
以上兩種情況，可以看出運動對重力的影響。
06
結(jié)語
經(jīng)過上面的講解，相信各位讀者對重力和引力的關(guān)系，已經(jīng)有了較為清晰的認識。
這里簡單總結(jié)一下：
重力是一種效果力，可以來源于引力，也可以來源于運動；
通常說的重力和引力，由于大小差不多，所以被混為一談了；
引力的本質(zhì)還未探明，但是廣義相對論對引力的解讀目前最為流行。
（完）
參考資料：
- 百度百科：萬有引力
- 《費曼物理學(xué)講義》
- 《蘇格爸的奇妙物理》
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