萬有引力計算機
依據已知距離,計算兩個質量之間的牛頓引力。
萬有引力計算
以公斤輸入兩物體的質量,並以公尺輸入中心間距。
關於萬有引力
牛頓萬有引力定律指出,任何兩個有質量的物體都會互相吸引。力的大小等於引力常數乘以兩物體的質量,再除以兩者中心距離的平方。本計算機採用 G = 6.6743 × 10^-11 牛頓平方公尺每公斤平方,質量以公斤輸入,距離以公尺輸入,結果以牛頓表示。
引力與任一物體的質量成正比。一個物體的質量加倍,引力就加倍;兩個物體的質量都加倍,引力則變成四倍。距離具有平方反比效應。中心間距加倍,引力降至四分之一;距離變成三倍,引力降至九分之一。這種快速衰減說明了為何所有質量之間雖然都有引力,日常物體間的引力卻小到難以察覺。
對密度分布具球對稱性的物體,其外部引力效果可視為全部質量集中於中心。對於尺寸遠小於彼此間距的緊密物體,質點近似也相當實用。但當不規則物體或具有顯著空間尺寸的物體彼此靠近時,各部分之間的距離不同,近似的準確度便會降低。此時需依質量分布對力進行積分。
牛頓公式非常適合課堂題目、實驗室尺度估算、許多一般條件下的太空船計算及行星比較。若要求極高精度、重力場極強,或處於相對論條件,則需使用廣義相對論。在小尺度下,其他作用力可能占主導;物體在行星附近的視重量也受自轉、海拔、緯度與當地地質影響。
請使用中心間距,而非物體表面之間的空隙。所有數值應採國際單位制,或先行換算:公克除以 1000 得到公斤,公里乘以 1000 得到公尺。結果以科學記號顯示,能清楚呈現極小或極大的數值。此教學結果未納入其他天體、運動、潮汐效應或相對論修正,但提供了直接且可重現的牛頓基礎模型應用。
萬有引力計算範例
以下範例採用質點模型與國際單位制。
| 質量與距離 | 吸引力 | 觀察 |
|---|---|---|
| 1 kg 與 1 kg,相距 1 m | 6.674300e-11 N | 力的數值等於引力常數的數值。 |
| 10 kg 與 20 kg,相距 2 m | 3.337150e-9 N | 兩質量的乘積需除以四。 |
| 1000 kg 與 500 kg,相距 10 m | 3.337150e-7 N | 以日常尺度而言,這仍是非常微小的力。 |
如何計算萬有引力
- 將第一個物體的質量換算成公斤並輸入。
- 將第二個物體的質量換算成公斤並輸入。
- 測量中心間距,並以公尺輸入。
- 選取「計算萬有引力」,查看以牛頓表示的結果。
常見問題
萬有引力常數是什麼?
計算機採用 6.6743 × 10^-11 牛頓平方公尺每公斤平方。這是牛頓萬有引力方程式中經由測量得到的比例常數。
應該輸入哪一種距離?
請輸入兩物體質心之間的距離,而不只是表面之間的空隙。對球體而言,此處使用幾何中心之間的距離。
為什麼日常物體間的引力這麼小?
引力常數在國際單位制中的數值極小,因此電磁接觸力與地球引力遠大於附近一般物體之間的相互引力。
兩個物體受到的引力一樣大嗎?
是的,兩物體受到的力大小相等、方向相反。加速度則不同,因為加速度也取決於各自的質量。
何時不能只用牛頓公式?
要求極高精度、處於強重力場,或速度接近光速時,需要廣義相對論。具有顯著空間尺寸的不規則物體,也可能需要依質量分布進行積分。