一个十公斤的物体在一万米高空中或更高重量会逐渐变轻吗?

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一个十公斤的物体在一万米高空中或更高重量会逐渐变轻吗?

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  • 十点不敢睡觉的小强
    十点不敢睡觉的小强
    这个人很懒,什么都没有留下~
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    一个十公斤的物体在一万米的高空中或更高位置,重量当然会变轻,这是一个典型的物理问题。

    重量,即重力,与质量的概念不同。物体所受重力公式:F=mg。质量在不同的地方是不变的,在地球和月球质量是多少kg还是多少kg。变化的是g,即重力加速度。重力加速度不同的地方物体的重力不同,即重量不同。

    首先考虑地球自转的情况,物体所受重力为万有引力与离心力(随地球一起自转)的矢量差。.随着地球自转产生的离心力在不同位置是不一样的。在赤道的位置,转速最快,离心力最大,则重力加速度最小;在两极的位置,随地球自转产生的离心力最为0,则重力加速度最大。结果为同一物体在赤道的位置比在两极的位置重量(所有重力)要轻一些。

    然后,在不考虑地球自转的情况下,根据万有引力公式:F=GMm/R^2(平方),公式中G为万有引力常数,G=6.67*10-11N•m²/kg² ,M为地球的质量,m为物体的质量,R为地球中心与物体之间的距离。由上面可得到重力加速度的公式为,g=GM/R^2。由此公式可知,地球表面的重力加速度由地球的质量和地球与物体之间的距离决定。地球的质量为固定值,那么R越大的地方重力加速度越小,R越小的地方重力加速度越大。换一种说法,就得到题主的问题上,R越大,即物体离地球中心越远,也即越高,重力加速度越小,物体的重量越轻。

    至于在一万米的高空(大致民航飞机的高度)到底轻了多少,可由(大地表面)g1=GM/R^2和(一万米高空)g2=GM/(R+10km)^2,得到g2/g1=R^2/(R+10km)^2,代入地球半径6371Km,得到0.997,即在一万米高空的位置重量为地球表面的99.7%,轻了,但变化不明显。

    我们不妨再大胆一点,将物体移到地球同步轨道卫星的高度(36000Km),同样代入上边的公式,得到g2/g1=2.2%,届时物体的重量为在地球表面的2.2%。


    上面的结果,小伙伴们get了吗?重点是要分清重量和质量的概念哟。

    2020-07-04 17:04:34 0条评论
  • 自然知道
    自然知道
    这个人很懒,什么都没有留下~
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    重量是力学概念,是因为引力作用产生,而引力和质量及距离有关,距离地面越远受引力作用就越小,也就是在高空重量降低,但地球质量庞大,万米高空重量减小不明显。

    引力是所有物体间都可以发生的,计算公式为F=MmG/r2,G为引力常数,通过现代探测器鹅测量,引力常数G在很广阔的宇宙空间中都是一定的,m为质量,r为距离,引力的大小和质量有关,两个相互作用的物体质量越大引力越强,而和距离的平方成反比,距离越远引力越小。引力是物体能作用于地面并随地球一道旋转的原因,其中一部分力提供给物体做圆心运动。

    而通常说的重力只是万有引力的在地球表面附近的一种表现,计算公式是F=mg,g为重力加速度,只和这两个因素有关,但问题在于g是变动的,g的推算公式是通过力的施加者计算的,公式为g=GM/r2,地球上施加重力的物体都是地球,因此g的大小和距地面的高度反相关,距地面越近加速度越大,高空中g变小,两极地面由于随地球自转的线速度更慢,所以g更大。

    所以答案就出来了,十公斤的物体在一万米的高空重量会降低,也是用F=mg计算,但是g是所在高度的g,相应地在高空举起一个十公斤的物体与在地面举起同质量物体所需要的力不同,但对于地球这样庞大的天体,1万米高空和近地表的g差别很小,大约是地面的99.7%左右,相对而言举起10公斤的物体所需要的力减小了0.3N,感觉相当不明显。

    使物体重量更小最有效的途径就是让物体绕地球做圆周运动,让地球对物体的引力全部提供圆周运动向心力,就像估计空间站中的宇航员一样,基本处于完全失重的状态。不过载人航天器一般高度不是很高,严格说都还在大气层内,受到微弱的大气阻力,那么其速度会缓慢地变动,稍稍低于绕地球运动所需的速度,因此航天器中的人也受到很微弱重力的作用。

    2020-07-12 16:07:36 0条评论