重力：从基本概念到实际应用的全面解析
重力：从基本概念到实际应用的全面解析
重力是物理学中最基本的概念之一，它不仅影响着我们的日常生活，也是理解宇宙运行规律的关键。本文将从重力的定义、性质、重心的概念以及如何确定重心等方面，为您全面解析这个看似简单却深藏玄机的物理概念。
重力的基本概念
重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，其单位是牛顿，简称牛，符号用 $\mathrm{N}$ 表示。重力的施力物体是地球，方向竖直向下。初中我们学过，物体受到的重力 $G$ 与物体质量 $m$ 的关系是
$G=mg$
其中 $g$ 是自由落体加速度。通过第二章的学习我们知道，在没有空气阻力时，由静止下落的物体做自由落体运动。做自由落体运动的物体只受到重力的作用。
重心的概念与确定方法
一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心。因此，重心可以看作是物体所受重力的作用点。质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。形状规则的均匀物体，它的重心比较容易确定。例如，均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱体的重心在轴线的中点。
质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。
我们还可以应用二力平衡的知识通过实验来确定形状不规则物体的重心位置。例如，要确定图3.1-3 中薄板的重心位置，可以先在 $A$ 点把物体悬挂起来，通过 $A$ 点画一条坚直线 $AB$，由于 $A$ 点悬线的拉力跟薄板的重力平衡，薄板的重心必定在 $AB$ 连线上；然后，再选另一处 $D$ 点把物体悬挂起来，过 $D$ 点画一条坚直线 $DE$，薄板的重心必定在 $DE$连线上。因此，$AB$ 和 $DE$ 的交点 $C$，就是薄板的重心。
力的表示方法
力可以用有向线段表示。有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点。如图3.1-4，球所受的重力大小为 $6\text{}\mathrm{N}$，方向坚直向下。这种表示力的方法，叫作力的图示。在不需要准确标度力的大小时，通常只需画出力的作用点和方向，即只需画出力的示意图。
重力的总结
- 定义：力是一个物体对另一个物体的作用。
- 作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态（即产生加速度）。
- 性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。
重力的特性
- 产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
- 大小：$G=mg$，可用弹簧测力计测量。同一物体 $G$ 的变化是由在地球上不同位置处 $g$ 的变化引起的。
- 方向：坚直向下。
- 重心：物体的各部分都受到重力的作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心。
影响重心位置的因素
- 物体的几何形状
- 物体的质量分布
不规则薄板形物体重心的确定方法
悬挂法。需要注意的是，重心的位置不一定在物体上。
练习题
- 下列关于重力的说法中正确的是
- A.物体只有静止时才受重力作用
- B.重力的方向总是指向地心
- C.地面上的同一物体在赤道上所受重力最小
- D.物体挂在弹簧测力计下，弹簧测力计的示数一定等于物体的重力
解：物体受到重力的作用，与物体的运动状态无关，A错误；重力的方向总是坚直向下，不一定指向地心，B错误；物体的重力随纬度增大而增大，因此地面上的同一物体在赤道上所受重力最小，C正确；物体挂在弹簧测力计下处于平衡状态时，弹簧测力计的示数才等于物体的重力，D错误。
- 如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是
- A.水桶自身重力的大小
- B.水管每秒出水量的大小
- C.水流对桶冲击力的大小
- D.水桶与水整体的重心高低
解：水管口持续有水流出，而过一段时间桶会翻转一次，主要原因是流入的水导致水桶与水整体的重心往上移动，桶中的水到一定量之后水桶不能保持平衡，发生翻转，故选D。