[轉貼]為什麼地球會有地心吸力?地心吸力如何產生?

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我們能站在地上，不會飄浮在空中,是因為有的關係.有了地心吸力，地球上所有密度比空氣高的東西，如果沒有東西托,會從高處墜下。物件有重量是因為有地吸力的緣故。

牛 頓 重 力 定 律
蘋 果 對 重 力 (gravitation) 的 發 現 有 重 大 貢 獻 。 英 國 的 物 理 學 家 牛 頓 [Isaac Newton] (1642-1727) 在 他 的 花 園 中 見 到 一 個 蘋 果 跌 落 地 上 ， 從 而 發 現 地 心 吸 力 。 "地 心 吸 力 " (gravity) 就 是 地 球 中 心 對 一 件 物 件 施 加 的 吸 引 力 。 月 球 環 繞 地 球 也 是 因 為 地 心 吸 力 的 存 在 。 牛 頓 後 來 提 出 地 心 吸 力 只 是 重 力 的 一 種 ， 宇 宙 中 的 所 有 質 量 都 會 互 相 吸 引 ， 這 便 是 牛 頓 重 力 定 律 的 重 點 。
A portrait of Issac Newton. Courtesy of AIP Emilio Segre Visual Archives, W.F. Meggers Collection.

牛 頓 重 力 定 律 是 於 1687 年 發 表 於 他 的 著 名 著 作 (The principia) 內 。 這 條 定 律 說 明 在 宇 宙 中 的 所 有 質 量 均 會 相 互 施 加 吸 引 力 ， 這 個 力 會 沿 著 連 繫 兩 個 質 量 重 心 的 線 上 ， 其 量 度 (magnitude) 是 與 兩 質 量 的 積 成 正 比 ， 及 與 兩 質 量 的 距 離 的 平 方 成 反 比 。

以 數 學 形 式 來 表 達 ：
By team C007571, ThinkQuest2000.

和 分 別 是 兩 個 質 量 ；
r 是 兩 個 質 量 的 距 離 ；
F 是 兩 個 質 量 間 的 重 力 ；
G 是 重 力 常 數，

以 上 的 公 式 只 能 計 算 出 兩 個 質 量 間 的 重 力 。 若 質 量 的 數 目 多 於 二 的 時 侯 則 如 何 呢 ？ 這 時 ， 我 們 便 要 算 出 施 加 於 一 個 質 量 的 淨 重 力 (resultant gravitational force)， 即 所 有 施 加 於 這 個 質 量 的 重 力 的 向 量 總 和 (vector sum)。

在 公 式 上 加 上 了 單 位 向 量 (unit vector) 後 ， 重 力 F 便 有 方 向 了 。

牛 頓 推 算 出 F 是 與 m 成 正 比 ， 那 是 因 為 跟 據 牛 頓 第 二 定 律 (Newton's Second Law of Motion)， 施 加 在 一 件 下 墜 中 的 物 體 的 力 (還 記 得 那 個 蘋 果 嗎 ？ ) ， 是 與 該 物 件 的 質 量 成 正 比 (F = ma = mg， 所 以 F 是 與 m 成 正 比 )。 當 地 球 向 一 件 下 墜 物 施 加 吸 引 力 的 同 時 ， 跟 據 牛 頓 第 三 定 律 (Newton's Third Law of Motion)， 該 下 墜 物 會 向 地 球 反 施 一 個 量 度 相 同 ， 但 方 向 相 反 的 力 。 因 此 ， 重 力 F 是 跟 下 墜 物 和 地 球 的 質 量 成 正 比 ， 即 和 。 與 r 平 方 成 反 比 的 關 係 ， 即 是 可 從 觀 察 月 球 的 運 行 而 推 算 出 來 。

Archives. 牛 頓 重 力 定 律 已 成 功 地 解 釋 了 德 國 天 文 學 家 開 普 勒 (Johannes Kepler) 憑 觀 察 而 得 出 的 天 體 運 行 定 律 ， 在 一 般 環 境 下 牛 頓 重 力 定 律 能 完 美 地 運 作 ， 並 主 導 了 近 250 年 。 可 是 這 定 律 未 能 完 全 解 釋 水 星 環 繞 地 球 的 不 尋 常 軌 跡 。 並 且 當 被 應 用 於 涉 及 非 常 強 大 的 重 力 ， 或 以 接 近 光 速 移 動 的 物 體 的 時 侯 ， 它 便 完 全 瓦 解 。 愛 因 斯 坦 於 1915 年 發 表 的 相 對 論 ， 則 能 打 破 牛 頓 重 力 定 律 的 局 限 性 ， 成 為 了 一 條 更 完 整 的 解 釋 重 力 的 科 學 定 律 。
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科學家牛頓看是蘋果從樹上掉下來，由此不但發現了地球有地心吸力，還發現了凡物體與物體之間都有互相吸引的力量。物體間吸力的大小，是由物體質量的大小和距離的遠近決定。物體的質量愈大，吸引亦愈大；物體間的距離愈近，吸引力也愈大。
我們能站在地上，不會飄浮在空中,是因為有的關係.有了地心吸力，地球上所有密度比空氣高的東西，如果沒有東西托,會從高處墜下。物件有重量是因為有地吸力的緣故。

如果沒有了地心吸力
一 ) 在 無 重 狀 態 下 ， 身 體 在 各 方 面 的 負 荷 輕 了 ， 結 果 給 身 體 一 個 錯 誤 訊 息 ， 肌 肉 骨 骼 無 須 這 樣 強 壯 ， 結 果 肌 肉 迅 速 萎 縮 ， 骨 骼 會 變 得 脆 弱 ， 例 如 小 腿 和 脊 椎 的 肌 肉 的 重 量 ， 可 以 失 去 多 達 20 % ， 在 太 空 中 ， 肌 肉 會 以 每 星 期 5 % 的 速 度 萎 縮 ， 而 骨 骼 也 會 以 每 月 失 去 1 % 重 量 的 速 度 退 化 ， 計 算 顯 示 最 終 可 失 去 達 40 - 60 % 重 量 的 骨 骼 ！ 這 也 是 為 甚 麼 長 期 在 太 空 中 工 作 的 太 空 人 ， 在 回 到 地 面 後 要 用 擔 架 抬 走 ；

二 ) 無 重 狀 態 也 影 響 循 環 系 統 。 在 地 面 上 ， 由 於 地 心 吸 力 ， 血 液 會 積 聚 在 腳 部 ， 頭 部 的 血 液 會 較 少 ， 但 在 無 重 狀 態 下 ， 頭 部 的 血 液 會 增 加 ， 給 大 腦 一 個 錯 誤 訊 息 ， 以 為 血 液 太 多 了 ， 所 以 會 減 少 血 液 的 製 造 ， 在 2 - 3 天 後 ， 血 液 的 體 積 會 下 降 多 達 22 % ， 血 液 減 少 ， 心 臟 的 負 荷 減 輕 ， 結 果 心 臟 肌 肉 退 化