—— 物体做自由落体运动和在万有引力作用下绕地球做匀速圆周运动的完全失重
对物理概念的理解不透彻,将会给教学带来很多困难,学生会感到含糊不清, 离开了对基本概念的准确理解,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生能力培养就成了镜中花,水中月。
在物理教学中,物体处于完全失重状态并不是物体不受重力,而是物体的示重为零。
当地球的自转角速度为()=()时,地球赤道上的物体无重力吗?同步卫星有无重力呢?
在很多参考资料上我看到了这样的解释:
在赤道处,物体的万有引力分解的两个分力 ()和mg刚好在一条直线上,则有F万 =()+mg,所以,mg=F万 -() =()-mR ()()
① 因为地球自转角速度很小,()﹥mR()所以mg=(),(一般情况下不考虑自转带来的影响,认为重力等于万有引力)
② 假设地球自转加快,mg=() -mR ()知,物体的重力将变小。当mR*() = ()时,mg=0,此时地球上物体无重力,但要求地球自转角速度() = (),比现在地球自转角速度要大得多。
这样的解释和在万有引力作用下物体绕地球做匀速圆周运动时物体处于 完全失重状态并不是物体不受重力相互矛盾。
其实, 在赤道处的物体 当mR()=()时和在万有引力作用下物体绕地球做匀速圆周运动是一个原理,都是万有引力全部用去提供向心力了,我们应该理解为重力也被用去提供向心力了,但在说法上不能说成物体无重力。这样上面的两个问题就可以统一起来了。但是他们和 物体做自由落体运动时 处于 完全失重状态又有本质上的不同,物体 在万有引力作用下物体绕地球做匀速圆周运动时重力产生的加速度是向心加速度,其方向总指向圆心。它只改变速度的方向而不改变速度的大小。 物体做自由落体运动时重力 产生的加速度方向与速度方向相同,它只改变速度的大小而不改变速度的方向。由此两种状态下的 完全失重状态有本质的区别,就连重力的方向都要重新认识。在空中的同一点, 物体如果绕地球做匀速圆周运动,重力的方向是指向地心,物体如果 做自由落体运动,则重力的方向是竖直向下。
这两种运动状态的本质区别在那里尼?如果我们把一个物体放在地球的表面上,这时物体随着地球一起转动(地球自转),。同时,从离地面不高的地方让物体自由下落,物体也要随着地球一起转动。在这种情况下,物体的重力方向是竖直向下的。而当物体与第一宇宙速度绕地球做圆周运动时,地球自转对物体没有影响,此时万有引力全部用去提供向心力,而重力是万有引力的分力,故重力的方向就一定是指向地心。
综上所述,如果地球自转不影响物体的运动,如:同步卫星、极地卫星等卫星的运动,所受的重力方向就是指向地心。如果地球自转影响到物体的运动,如:在地面上运动的物体、自由下落的物体、做平抛运动的物体等,所受的重力方向就是竖直向下。并且在地球自转不影响物体的运动是时,求物体的重力就不能再用公式:G=mg来求了。