万有引力公式 万有引力表达式

在物理学中,万有引力与库伦定律都跟两个物体间的中心点距离的二次方成反比,都有一个常数,其中万有引力中的常数叫做万有引力常量G,而库伦定律中的常量叫做静电力常数K。在万有引力中,万有引力还跟两个物体的质量乘积成正比,而库伦定律中却跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比。具体表达式为:万有引力F=GMm/r²,库仑力F=KQq/r²,如此相似的两个定律,它们之间究竟有什么内在的联系呢?

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

一:相同点

1:不管是库仑力还是万有引力,它们都是力,既有方向也有大小,也都满足力的相关属性。它们与速度方向垂直时,只改变物体的运动的方向,它们与速度方向在同一平面内时,它们既能改变物体运动的方向,同时也能改变物体运动的速度大小。

2:库仑力与万有引力不是直接作用在物体上的,因此,库仑力与万有引力是很难被感受或观察到的。换句话说,库仑力与万有引力都可以看作是某种场内形成的力。

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

二:异同点

1:适用范围不同

万有引力使用于一切物体,而库仑力只适用于带电的物体。也就是说,带电的物体之间不仅受到了库仑力,它还受到了万有引力的作用。

2:条件不同

万有引力适用于运动的物体,同时也适用于静止的物体;而库仑力则适用于静止的带电物体,对于两个运动的带电物体,不管是一个物体绕着另一个物体做圆周运动还是另一个物体对物体做平面内的相对运动,此时的带电物体之间的力为电磁力,而不是库仑力。这是万有引力与库仑力最大的不同。

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

3:实验的结果不同

万有引力的卡文迪许扭称实验测出的是万有引力常量值,而库伦的扭称实验则是证实了两个电荷之间有库仑力,并没有测出静电力常数出来,库伦定律的由来是因为库伦坚信两个电荷之间的静电力(库仑力)跟万有引力相似,跟两个点电荷的电荷量乘积成正比。故而,万有引力定律对库伦定律有一定的启示作用。

4:研究的领域不同

万有引力主要用来研究宏观物体的运动规律,并以此来预测其未知天体的存在。例如,在前不久公布的黑洞图片中,就可以用万有引力来进行预测。我们知道,只要超出了第一宇宙速度,那么物体就会脱离地球,因此,第一宇宙速度也叫做地球的脱离速度。

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

那么,有人就猜想,有没有一种天体,它的脱离速度大到连光都逃不出呢?在计算地球脱离速度时,人们假设的是物体贴着地面做圆周运动,即GMm/r²=mV²/r,从这个式子中就不难看出,当一个未知天体的质量足够大,密度足够大,半径足够小时,那么逃离这个天体的速度就会非常大,就可能达到光速了。因此,黑洞就是一个质量非常大,半径非常小的天体。

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

而库伦定律更多的是被用来研究微观的带电物体,例如,电子为什么能绕着原子核运动呢?那是因为原子核在原子内部处于静止状态,而绕着原子核运动的电子虽然能够产生磁场,但是对静止的原子核几乎没有任何影响。因此,原子核与电子之间的库仑力将电子牢牢的锁住在了轨道上,从而使原子不显电性,这在绝缘体中是最好解释的了。

基础物理:万有引力定律与库伦定律有何内在的联系呢?

而在金属中,由于金属原子的原子核在做振动,故而对原子核外层的电子的吸引力就降低了,从而在金属中有自由电子的运动,这就决定了金属是导体了。

另外,在研究微观粒子的受力情况时,往往可以忽略掉万有引力,通过人们精确的计算得知,微观粒子所受到的库仑力是它们万有引力的10的39次方倍。

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