愛因斯坦解釋萬有引力定律，到底隱藏了什么秘密？
更新時間：2024-03-20 20:06:19作者：佚名
同學們、家長們大家好，我們又要開始講相對論了。 萬有引力，或引力，是相對論中的一個重要概念。 在牛頓的幫助下萬有引力是什么，我們已經(jīng)知道了它的大小變化規(guī)律，但是為什么會出現(xiàn)引力呢？ 這個問題需要愛因斯坦來回答。
但在回答這個問題之前，今天我們想談談很多成年人不知道的事情。 作為同學們的點心，愛因斯坦對引力的解釋留到下次再說。
不知道大家有沒有想過，為什么重力和距離成反比關(guān)系呢？ 換句話說，如果距離增加一倍，為什么吸引力會減少四倍呢？ 其實我們都知道，重力的大小不僅與距離有關(guān)，還與重量有關(guān)。 例如，如果地球和太陽之間的距離保持不變，地球的重量會增加到原來的兩倍，它的吸引力也會增加到原來的值。 為什么重量和重力的變化之間不存在平方關(guān)系？ 當然，我這里說重量，其實并不嚴格，應該是質(zhì)量，不過我們暫時不做區(qū)分，后面會解釋它們的區(qū)別。
重力與距離平方反比之間的關(guān)系背后隱藏著什么秘密？ 我們馬上就來揭曉，相信很多家長即使知道萬有引力定律，也不知道這個秘密。
我們先從做蛋糕開始吧。 如果你想給你的朋友做一個圓形的生日蛋糕，蛋糕胚已經(jīng)準備好了，大小是2英寸。 現(xiàn)在需要將奶油涂在上面，所以你花時間準備了一大塊奶油，并將其均勻地涂在蛋糕表面。 而且你的蛋糕有水果三明治，所以周圍不需要涂黃油。
這時你的朋友給你打電話說會有很多人來參加生日聚會。 2寸的蛋糕還不夠，需要做成4寸的蛋糕。 你可以看一下下面的圖片。 這是2寸蛋糕和4寸蛋糕的尺寸對比。 這個時候需要準備多少奶油才能覆蓋整個蛋糕呢？ 并且厚度不能改變。
這其實需要知道圓形蛋糕的面積。 面積越大，使用的奶油就越多。 長方形的面積是長乘以高，正方形的面積是邊長的平方，即邊長乘以邊長。 圓的面積與半徑有關(guān)，半徑為π（即3.1415926）乘以半徑的平方。 蛋糕的2英寸和4英寸是指直徑，半徑是其一半，即1英寸和2英寸。 當半徑從1變?yōu)?時，它變成原來大小的兩倍。 面積與2倍無關(guān)，而是與平方有關(guān)，即4倍。
現(xiàn)在再想一想，覆蓋一個2英寸的蛋糕需要多少黃油？ 一定是原來奶油用量的4倍，或者還是可以用同樣的奶油量萬有引力是什么，但是奶油的稠度會減少4倍，到原來用量的1/4。 了解了這些之后，你可能就明白為什么外面賣的蛋糕或披薩的價格從3英寸翻倍到6英寸了。
我們看看這是否也是平方比關(guān)系？ 類似于重力？ 重力與距離的關(guān)系也就是半徑與面積的關(guān)系。 太陽發(fā)出的引力向各個方向傳播。 這節(jié)課不像蛋糕是圓面，而是像蛋殼一樣的球面。 當?shù)厍虻教柕木嚯x加倍時，相當于球的半徑加倍。 這個時候，球體肯定會變大，而且肯定會增大2倍以上。 我想大家都已經(jīng)猜到了。 是的，它會增加半徑平方的倍數(shù)，即4倍。
這時，太陽發(fā)出的引力就像抹蛋糕一樣，引力就是奶油，但我們不能增加奶油。 如果距離增加到2倍，面積就會增加到4倍，所以重力霜肯定會被稀釋到原來大小的1/4。 現(xiàn)在我們來看一下重力的大小與距離的關(guān)系。 是半徑和面積的關(guān)系嗎？
我想這套原則大家都應該明白。 如果您認為這僅在計算重力時使用，那么您就完全錯誤了。 其實很多問題都可以用這套思路來解釋。 例如，為什么火星現(xiàn)在是一顆死亡星球？ 為什么螞蟻從很高的地方掉下來卻不會摔死？ 如果有哆啦A夢的放大燈，真的可以把人變成巨人嗎？
聽完這些問題，你可能會說，這些都在哪里？ 這些問題之間有何聯(lián)系？ 大家慢慢聽我說，看看有沒有道理。
我先說為什么火星現(xiàn)在是一顆死亡星球。 主要原因之一是火星不像地球那樣受到磁場保護，直接暴露在太陽風中。 即使火星上有生命，也被太陽風消滅了。 火星為什么沒有磁場？ 主要是因為火星沒有地球那樣的巖漿核心。 原來火星上有巖漿核。 它與地球一起誕生于近45億年前，也是一個充滿巖漿的大火球。 后來，熱量慢慢散去，巖漿冷卻，變成了巖石表面，越來越厚。 我們的星球也是如此。 只不過火星冷卻得快，而地球冷卻得慢，所以地球內(nèi)部還有大量的巖漿，但火星上的巖漿幾乎全部冷卻成了巖石。
問題的關(guān)鍵是為什么火星冷卻得這么快而地球冷卻得這么慢？ 這與地球的面積有關(guān)。 行星越大，發(fā)出的熱量就越多。 地球的半徑大約是火星半徑的兩倍，這意味著地球的面積將是火星的4倍，與上面提到的雞蛋殼是一樣的。
說到這里，有的同學可能會有疑問。 地球更大，所以同時地球應該散發(fā)更多的熱量。 為什么火星首先變冷？ 關(guān)鍵是看哪顆行星原本擁有比火星更多的熱量。 行星越大，最初的熱量就越多。 熱量的多少與球的面積無??關(guān)，而是與體積有關(guān)。 地球的面積是火星的4倍。 這是平方關(guān)系，而體積是立方關(guān)系。 即2×2×2，地球比火星大8倍。 雖然地球的面積比火星大4倍，但它的總熱量更大，是火星的8倍。 最終，火星比地球先散發(fā)熱量。 這是火星現(xiàn)在成為一顆死亡星球的主要原因之一。
解釋完這個問題，剩下的兩個就留給大家思考了。 我也會給你一些提示。
第一個問題，螞蟻從高處掉下來不會死，但人會死。 那是因為空氣阻力與下落物體的接觸面積有關(guān)，而重力與重量有關(guān)，而重量又與體積有關(guān)。
第二個問題是，哆啦A夢的放大燈真的能把人變成巨人嗎？ 成為巨人的關(guān)鍵在于成為巨人后骨骼是否還能支撐身體的重量。 骨骼的支撐力與骨骼的橫截面積有關(guān)，重量與身體的體積有關(guān)。
你知道如何回答這兩個問題嗎？ 請在下面的評論中告訴我。 好了，今天就到此為止。 這次我們深入研究了牛頓萬有引力之間的平方反比關(guān)系。 下次我們將正式解釋愛因斯坦是如何解釋引力的產(chǎn)生的。
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