万有引力的证明(用微积分的那种)
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发布时间：2022-05-11 07:09
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热心网友
时间：2023-10-23 10:06
万有引力公式：F=G*[m1*m2/(r*r)] （G=6.67×10-11(注：10的-11次方）N•m2/kg2）
m1,m2是两个物体的质量，r 是两个物体之间的距离。
万有引力的发现过程
小时后，老师告诉我们，牛顿是因为有一天坐在苹果树下打瞌睡，被树上成熟的苹果掉下来打到，就让他发现了万有引力的存在。当然，这只是儿童版的「童话故事」。如果牛顿真那麼天才，他能够「看的到」万有引力的存在，而我就只会把苹果捡起来吃，我想今天我是不会来教各位物理的，我也会没那个勇气来当个科学家了。因为天才身边总是会有奇迹发生。或许苹果落地事件是一个重要的刺激，可是只凭一个单一的刺激是不可能有这麼一个大的发现。
好了，我们该回来到*版的故事了，到底牛顿是怎麼发现万有引力的存在呢?在谈论万有引力发现的事件时，对於当时天文学及力学的发展情形也得有一些说明，才能了解当时代科学的背景，以及它是如何影响刺激牛顿发现万有引力。
有关力学:
牛顿了解伽利略早先所发展出来的惯性观念，他知道在不受外力作用的情形下，动者恒做等速度直线运动。他也知道若一个运动中物体的速率或运动方向有了变化，其中必定有力的作用。当时的牛顿，受到天文学家哥白尼提出的「地球绕日的圆形轨道」的影响可能正对月亮的运行轨迹不是直线、是绕著地球的圆形轨道而深感困惑。但是他已知道，由海更士提出「一物体要作圆周运动需要施一个向中心的力量」的理论。由天文看，行星绕太阳运动也应需要一向心的吸引力量，可是，这个力到底是什麼?
有关天文学:
西元1543年哥白尼提出天体运行论，以太阳为诸行星的运转中心和地球自转来解释星象，对人类以自我为中心的宇宙观作了一个*性的改变。其后克卜勒分别在西元1609年提出行星运行第一定律「运行的轨道为椭圆，太阳位在椭圆的一焦点上」及第二定律「等面积定律；行星与太阳连线在相同的时间内，扫过的面积相同」及西元1619年提出的第三定律「周期定律；行星周期T的平方正比於轨道平均距离的立方」这三个定律揭示出几个问题:
1. 轨道可以是圆的，也可以是椭圆的，什麼样的作用方式，可以形成这样的轨道运行呢?
2. 太阳处於椭圆一焦点上，显示行星是绕著太阳的，是什麼力量使它们绕著太阳转呢?
3. 由周期与轨道半径的关系(周期平方正比於轨道半径三次方)，这又意味著是什麼作用的方式所形的呢?
牛顿的伟大，就是看出了月亮是一直朝著地球「掉落」的，道理就和苹果的掉落相同。他推论月亮与苹果掉落的原因，都是由於地球重力在拉的结果。
掉落中的月球
牛顿又进一步发展他的想法。他比较了掉落中的苹果与掉落中的月亮，后来牛顿了解到，如果月亮没有朝著地球掉落的话，它将会做直线运动，最后则会脱离绕地轨道，所以他认为月亮正绕著地球而掉落(月球可是很认真的掉唷)。因此，月亮必定掉落在那条没受到外力时应该会走的下方。牛顿大胆地假设，月球在重力的吸引下，只是一个绕著地球转的抛体而已。至於月球的切线速度是怎麼来的，可能就是在宇宙大霹雳、创世之时就决定了，而月球的切线速度大小将会决定它绕地球的轨道是圆形、椭圆形、抛物线、双曲线或是撞上地球。
牛顿的万有引力之简单涵义
牛顿并不是发现了重力，他是发现重力是「万有」的。每个物体都会吸引其他物体，而这股引力的大小只跟物体的质量与物体间的距离有关。牛顿的万有引力定律说明，每一个物体都吸引著其他每一个物体，而两个物体间的引力大小，正比於这它们的质量，会随著两物体中心连线距离的平方而递减。牛顿为了证明只有球形体可把「球的总质量集中到球的质心点」来代表整个球的万有引力作用的总效果而发展了微积分。然而不管距离地球多远，地球的重力永远不会变成零，即使你被带到宇宙的边缘，地球的重力还是会作用到你身上，虽然地球重力的作用可能会被你附近质量巨大的物体所掩盖，但它还是存在。不管是多小还是多远，每一个物体都会受到重力作用，而且遍布整个太空，正如我们所说的「万有」。
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时间：2023-10-23 10:06
从公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德(Aristotle)起，历史上对万有引力就有着众多的猜想或解释。亚里士多德认为没有起因就没有结果，因此没有力的作用的运动是不存在的。他推断在水晶球模型中，所有物体都有朝它们正确的位置靠近的趋势，并且物体按他们自身的重量的比例向地球的中心坠落。在公元628年，印度天文学家婆罗摩笈多(Brahmagupta)首先认识到重力是一种吸引力的作用。他解释说：“物体向地球坠落是因为地球对物体自然地吸引，就如同水自然地流动一般”(bodies fall towards the earth as it is in the nature of the earth to attract bodies, just as it is in the nature of water to flow)。他用了一个梵语术语“gruhtvaakarshan”代表重力，在发音上，与英语中的“gravity”相像，并且都表示同一个意思“吸引力”。婆罗摩笈多亦坚持阿里亚哈塔(Aryabhata)于公元499年提出的以万有引力维持的太阳为中心的太阳系观点。因此，他理解到了太阳和地球之间存在着一种吸引力的作用。
从17世纪起，科学家把万有引力看作是物质的一个属性。一个物体吸引另一个物体的力量大小，视物体所含物质的多少和隔开它们的距离而定，这种力量是相互作用的。哥白尼(Nicolaus Copernicus)认为万有引力是物质集聚的一种方式，万有引力的中心是一个几何性质的点。
1600年威廉·吉尔伯特(William Gilbert)提出磁力可能是维持太阳系存在的原理。他设想万有引力就是地球这块庞大磁石作用于周围物体的磁力，而且遍及整个太阳系，成为宇宙的外膜。吉尔伯特证明，磁石对一块铁的吸力大小视磁石的大小而定，磁石越大，对铁块的吸力也越大。而且吸引是互相作用的，磁石吸铁，铁也同样吸引磁石。他的研究为近代引力观念提供了一个模型。万有引力的中心并不是什么几何点，而是具体的一堆物质，它的力量随着物质数量的增加而增加。
开普勒(Johannes Kepler)发展了吉尔伯特的万有引力观念，他假定万有引力是和磁力类似的东西，是同性物体之间的一种相互感应，这种力视物体的大小而定。
在这些基础上，英国数学家艾萨克·牛顿爵士(Sir Isaac Newton)于1687年发表了著名的《原理》一书，第一次假定了万有引力定律。他写道：“我推断这种使行星围绕既定轨道运动的力一定与它们与绕轴转动中心的距离平方成反比；而依此将使月球围绕她的轨道运动的力与地表的重力进行比较之后，发现它们的结果是如此的接近。”(I deced that the forces which keep the planets in their orbs must be reciprocally as the squares of their distances from the centers about which they revolve; and thereby compared the force requisite to keep the Moon in her orb with force of gravity at the surface of the Earth; and found them answer pretty nearly.)绝大多数现代非相对论性万有引力的计算都赖以牛顿当年的工作。
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时间：2023-10-23 10:07
．质点与均匀球体间的万有引力。
若质点质量为m，与球心的距离为r。设球的半径为a，密度为，质量为。建立如图所示的坐标系。
根据对称性可知，球对质点的引力必沿z方向，x，y方向上合力为0。
球上取一微元，坐标为（r,
θ，φ）,其体积为。对质点的万有引力。
（r＞a）
在z方向上的分力为：
所以均匀球体对球外一点的万有引力好象球体的质量全部集中在球心一样。那么两个均匀球体间的万有引力就可以分别把质量全部集中至各自球心，所以用公式计算时r就是球心间距离。
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时间：2023-10-23 10:07
你真的是找对人了,我曾经研究过这个方面呢.我是搞物理竞赛的,你这个问题是小case啦,希望你喜欢我的博客.
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时间：2023-10-23 10:08
