思路如下:
首先,假定“维持月球绕地球运动的力”与“使苹果下落的力”真的是同一种力,同样遵循“平方反比”的规律,那么,由于月球轨道半径约为地球半径(苹果到地球球心的距离)的60倍,所以,月球轨道上的一个物体(比如就是月亮)受到的引力,比它在地面上要小,前者只有后者的1/60^2,即1/3600。
其次,根据牛顿第二定律,物体在月球轨道上运动时的加速度(月球公转的向心加速度)也就应该是它在地面附近下落时的加速度(自由落体的加速度)的1/3600。
在牛顿时代,“自由落体运动的加速度g”已经能够比较精确的测量,当时也能够比较精确的测定“月球和地球之间的距离L”和“月球公转的周期T”,从而可以精确计算出“月球绕地球转动的向心加速度a”。
数据如下:
- 地球半径:R=6400km;
- 地球和月球之间的距离:L=60R(约60倍的地球半径);
- 月球的公转周期:一个月,约28天;
- 地球表面的重力加速度为:g=9.8N/kg
利用圆周运动向心加速度计算公式(下图),来计算月球的加速度:
带入数据,计算得:a=0.000259=2.59×10^-4N/kg
那么,再计算a与g之比:
计算结果与我们的预期符合的很好,基本等于1/3600。
这表明,地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力,与太阳、行星之间的引力,是遵循同样的规律的!
万有引力定律,在天上地下同时适用!验证完毕!
05结语万有引力定律,使人类思维第一次真正突破天际,冲向宇宙。
这个定律让我们了解到万事万物之间相互作用的一个基本规律,这个规律,天上地下是一样的,人和动物是一样的,人和“神”是一样的。
万有引力定律不仅仅是科学史上的丰碑,更是人类思想史上的丰碑!
350年来,我们不断用各种方法验证万有引力定律的正确性,而最让我们心动的,还是牛顿最初的证明过程。
(完)
参考资料:
- 《费曼物理学讲义》
- 《苏格爸的奇妙物理》
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