釋義
![萬有引力常數提出人牛頓](/img/1/54b/nBnauM3XwgzNyYTM2ITN2MzM2QTM0gjNyMDNwADMwAzMxAzLyUzL1IzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLzE2LvoDc0RHa.jpg)
如果改其中G為一個常數,叫做引力常量。應該說明的是,牛頓得出這個規律,是在與胡克等人的探討中得到的。牛頓發現了萬有引力定律,但引力常量G這個數值是多少,連他本人也不知道。按說只要測出兩個物體的質量,測出兩個物體間的距離,再測出物體間的引力,代入萬有引力定律,就可以測出這個常量。但因為一般物體的質量太小了,它們間的引力無法測出,而天體的質量太大了,又無法測出質量。所以,萬有引力定律發現了100多年,萬有引力常量仍沒有一個準確的結果,這個公式就仍然不能是一個完善的等式。直到100多年後,英國人卡文迪許利用扭秤,才巧妙地測出了這個常量。
定義
萬有引力常數又稱重力常數,即萬有引力定律中表示引力與兩物體質量、距離關係公式中的係數。萬有引力常量是自然界中少數幾個最重要的物理常量之一。
其值約等於6.67259×10^(-11)N·m^2/(kg^2);
它是在牛頓發現萬有引力定律一百多年以後,由英國物理學家卡文迪許於1798年巧妙的在實驗室里用扭秤測定的萬有引力常數,從而算出地球的質量和密度。
測量歷史
萬有引力常數最早出現在牛頓的萬有引力方程中,但是其數值直到牛頓死後的71年(1798年)才被卡文迪許(HenryCavendish)通過實驗測得。卡文迪許最初的目的不是為了測量這個常數,而是為了測量地球的質量,所以這個實驗又稱為稱地球實驗。卡文迪許得到的數值為 。之後的很長時間,這個常數的精度僅有少量的改善。常數G非常難以測量,因為引力相比試驗中的其他力來說非常微弱,而且實驗中很難避免其他物體引力的影響。而且,萬有引力常數也無法通過其他精確測量的參數間接的計算得到。歷史上發表的萬有引力常數數值變化很大。2014年,CODATA得到了精度最高的測量值。
公式
![萬有引力公式](/img/2/dad/nBnauM3XxEzNwIDM0MzNxADOyQTM3IDO1gzMxADMwAzMwIzLzczLyAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
兩質點間的吸引力(F)與二者的質量(M和m)的乘積成正比,而與他們之間的距離(r)的平方成反比,其中的比例常數G即是萬有引力常數
適用條件:
1.只適用於計算質點間的相互作用力,即當兩個物體間的距離遠大於物體的大小時才近似適用;
2.當兩個物體距離不太遠的時候,不能看成質點時,可以採用先分割,再求矢量和的方法計算;
3.一個質量分布均勻的球體與球外一個質點的萬有引力(或兩個均勻球體間的引力),可用公式計算,這時r是指球心間距離。
實驗
卡文迪許實驗
這是一個卡文迪許扭秤的模型扭秤的主要部分是這樣一個T字形輕而結實的框架,把這個T形架倒掛在一根石英絲下。若在T形架的兩端施加兩個大小相等、方向相反的力,石英絲就會扭轉一個角度。力越大,扭轉的角度也越大。反過來,如果測出T形架轉過的角度,也就可以測出T形架兩端所受力的大小。在T形架的兩端各固定一個小球,再在每個小球的附近各放一個大球,大小兩個球間的距離是可以較容易測定的。根據萬有引力定律,大球會對小球產生引力,T形架會隨之扭轉,只要測出其扭轉的角度,就可以測出引力的大小。當然由於引力很小,這個扭轉的角度會很小。
怎樣才能把這個角度測出來呢?卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子,用一束光射向鏡子,經鏡子反射後的光射向遠處的刻度尺,當鏡子與T形架一起發生一個很小的轉動時,刻度尺上的光斑會發生較大的移動。這樣,就起到一個化小為大的效果,通過測定光斑的移動,測定了T形架在放置大球前後扭轉的角度,從而測定了此時大球對小球的引力。卡文迪許用此扭秤驗證了牛頓萬有引力定律,並測定出引力常量G的數值。這個數值與近代用更加科學的方法測定的數值是非常接近的。