图解:所有具有质量的物质都会产生引力将其它物体“拉”向自己。在地球上,我们总是可以感受到地心对我们的引力(图的上半部分),所以看起来好像地心存在着特殊的物质,事实上,是我们一直受到地球里面或表面物质的引力的合力(图的下半部分)。
你感受 不到你身边单独的物体对你的引力是因为引力太微弱了,你与正走近的某人之间的物理吸引力(与情感上的引力不同)大约是一粒灰尘的重量的大小(十几毫微克)。空气进出你的肺部的对你的推力都比这大得多了。
你能注意到其他物质对地球的引力,是因为重量是地球许多倍的物体对地球产生引力,大约是你身边的100,000,000,000,000,000,000,000个小伙伴的重量。当然距离相当远(平均约6437.38千米),但(100,000,000,000,000,000,000,000个小伙伴)数量太多了,见鬼,他们遮住了半个天空(下半部分)。
最后,我们都受到拉向地心的引力的原因是,对于大多数的意图和目的,地球是一个完美的球体。无论你在何处,你如何看向地球,你画一条线穿过地球中部,这条线划分出来的两个部分犹如镜中彼此。地球的一半的引力将你拉向右边,另一半将你拉向左边,两边引力的合力位于正中间,朝向中间的划线。
图解:(红线)左边的物质的引力将你拉向左下方,(红线)右边的物质将你拉向右下方,因为双边是完全一样的,左右相互制衡,只剩下一个向下的力。对于一个球体,你可以重复画任意穿过中心的直线进行证明(如黄线)
这个证明适用于任意将地球分成两半的线,这些划分线都穿过地球质心。严格来说,这也是质心的定义。因为地球是球形对称,重力指向地球质心。
然而,万有引力通常不指向质心,比如地月系统,尽管他们不相互接触,这仍然是一个质量集合体,地月系统的质心是在地球表面以下不远处的一个点。当考虑的是地球与月球如何围绕着对方转动时,质心就显得很重要了(月球环绕着这个质心转动,地球也环绕着它颤动),但考虑地心引力对地球表面现有物体作用时,这个质心就几乎一点都不重要了。
图解:地月系统比例图,可见,引力并非将你拉向这个系统的质心(红点处),而是将你拉向最大的邻近物质(蓝灰点处)
这些都说明地球是一个近乎完美的球。你可能已经注意到了,地球不是一个完美的光滑的球,这里有山峰、海洋,还有几十亿吨找不到另一只的袜子,这种不均匀渗透到地球表面以下很深的地方。地球质量的密度与分布差异意味着地球不同地方的重力在强度与方向上有着非常、非常细微的差别。
图解:地球重力强度偏差。地球表面平均重力大约是980G(1G=1 cm/s2),表面重力方向偏离地心最远的地方颜色变化最快。
通过发射一对人造卫星成队列环绕地球上空飞行和测量他们之间的距离,我们可以检测到他们通过重力变化的地区时,一个卫星相对另一个卫星加速然后减速,然后另一个卫星经历同样的过程。