万有引力常数(物理学术语)

万有引力常数物理学术语

万有引力常数(记作G),是一个包含在对有质量的物体间的万有引力的计算中的实验物理常数。它出现在牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论中。也称作重力常数或牛顿常数。

中文名

万有引力常数点

外文名

Gravitational constant

别名

引力常量

表达式

G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

提出者

艾萨克·牛顿

适用领域

物理学

常用符号

G

提出时间

18—19世纪

测出者

亨利·卡文迪什

释义

万有引力常数提出人牛顿

其中m为行星质量,R为行星轨道半径,即太阳与行星的距离。也就是说,太阳对行星的引力正比于行星的质量而反比于太阳与行星的距离的平方。而此时牛顿已经得到他的第三定律,即作用力等于反作用力,用在这里,就是行星对太阳也有引力。同时,太阳也不是一个特殊物体,它和行星之间的引力也应与太阳的质量M成正比,即:用语言表述,就是:太阳与行星之间的引力,与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。这就是牛顿的万有引力定律。

如果改其中G为一个常数,叫做引力常量。应该说明的是,牛顿得出这个规律,是在与胡克等人的探讨中得到的。牛顿发现了万有引力定律,但引力常量G这个数值是多少,连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量,测出两个物体间的距离,再测出物体间的引力,代入万有引力定律,就可以测出这个常量。但因为一般物体的质量太小了,它们间的引力无法测出,而天体的质量太大了,又无法测出质量。所以,万有引力定律发现了100多年,万有引力常量仍没有一个准确的结果,这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后,英国人卡文迪许利用扭秤,才巧妙地测出了这个常量。

定义

万有引力常数又称重力常数,即万有引力定律中表示引力与两物体质量、距离关系公式中的系数。万有引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。

其值约等于6.67259×10^(-11)N·m^2/(kg^2);

它是在牛顿发现万有引力定律一百多年以后,由英国物理学家卡文迪许于1798年巧妙的在实验室里用扭秤测定的万有引力常数,从而算出地球的质量和密度。

测量历史

万有引力常数最早出现在牛顿的万有引力方程中,但是其数值直到牛顿死后的71年(1798年)才被卡文迪许(Henry Cavendish)通过实验测得。卡文迪许最初的目的不是为了测量这个常数,而是为了测量地球的质量,所以这个实验又称为称地球实验。卡文迪许得到的数值为。之后的很长时间,这个常数的精度仅有少量的改善。常数G非常难以测量,因为引力相比试验中的其他力来说非常微弱,而且实验中很难避免其他物体引力的影响。而且,万有引力常数也无法通过其他精确测量的参数间接的计算得到。历史上发表的万有引力常数数值变化很大。2014年,CODATA得到了精度最高的测量值。

公式

万有引力公式

万有引力公式

两质点间的吸引力(F)与二者的质量(M和m)的乘积成正比,而与他们之间的距离(r)的平方成反比,其中的比例常数G即是万有引力常数。

虽然牛顿当时发现了这个定律,但却不知道万有引力常量G的大小,直到1789年卡文迪许通过扭秤实验测出G的数值,公式才得以完善,科学家利用这个公式还发现了海王星和哈雷彗星。

万有引力在大质量天体间比较明显,人与人之间虽然也有,但小到可以忽略。[1]

适用条件:

1.只适用于计算质点间的相互作用力,即当两个物体间的距离远大于物体的大小时才近似适用;

2.当两个物体距离不太远的时候,不能看成质点时,可以采用先分割,再求矢量和的方法计算;

3.一个质量分布均匀的球体与球外一个质点的万有引力(或两个均匀球体间的引力),可用公式计算,这时r是指球心间距离。

实验

卡文迪许实验

这是一个卡文迪许扭秤的模型扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架,把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力,石英丝就会扭转一个角度。力越大,扭转的角度也越大。反过来,如果测出T形架转过的角度,也就可以测出T形架两端所受力的大小。在T形架的两端各固定一个小球,再在每个小球的附近各放一个大球,大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律,大球会对小球产生引力,T形架会随之扭转,只要测出其扭转的角度,就可以测出引力的大小。当然由于引力很小,这个扭转的角度会很小。

怎样才能把这个角度测出来呢?卡文迪许在T形架上装了一面小镜子,用一束光射向镜子,经镜子反射后的光射向远处的刻度尺,当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时,刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样,就起到一个化小为大的效果,通过测定光斑的移动,测定了T形架在放置大球前后扭转的角度,从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律,并测定出引力常量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。

参考资料

1.万有引力公式(万有引力的本质是什么?)·发迹车

关键词:万有引力常数