我們常在新聞中 看到一些有點熟悉又有點奇怪的物理名詞 像是新聞畫面中說的 四樓花崗岩墜落 『重力』加『速度』，等於260公斤 這樣的描述是有些問題的 第一 重力與速度的單位並不相同 是不能相加減的 第二 「重力加速度」是指物體受重力作用而產生的加速度 重力加速度是一個名詞 而不是照字面上的意思 把「重力加速度」寫成數學式「重力」加「速度」 還記得那顆讓牛頓提出萬有引力的蘋果嗎？ 牛頓提出萬有引力定律後 讓我們知道了 是地球所給予的萬有引力吸引著蘋果 讓蘋果掉下來 而萬有引力其實也就是物體所受到的重力喔 一般所指的重力W 即為物體所受地球的萬有引力 再根據牛頓第二運動定律 即可得到畫面上的關係式 其中 大M是地球質量 小m是物體質量 r是物體與地心的距離 整理後 可得物體所受到的加速度量值 其中 a是因為重力而產生的加速度 故稱為「重力加速度」 又以符號g表示 重力加速度是具有方向性的向量 方向指向地球中心 跟萬有引力的方向是一致的 瞭解了重力加速度的方向後 我們來思考看看 重力加速度的量值又是多大呢？ 其實 由數學關係式可以知道 重力加速度g量值與距離r平方成反比 而離地心愈遠 重力加速度量值就愈小 當我們提到重力加速度時 相信你的腦海中 應該馬上就會浮現出9.8這個數字 但你知道9.8這個數字 是怎麼來的嗎？ 它對應的物理意義 又是什麼呢？ 我們一起來討論看看吧！ 若物體所在的位置 是地球表面或地表附近 即物體至地心的距離 約等於地球半徑 此時 物體在地表的重力加速度 可表示成如畫面上的式子 將萬有引力常數、地球質量與地球半徑的數值代入後 即可算出地表的重力加速度 約為每秒平方9.8公尺 在日常生活中 雖然物體所在的高度不盡相同 但即便是台北101大樓的高度 跟地球半徑相比 都是很小的距離 對地表附近的重力加速度量值影響不大 因此 才會以每秒平方9.8公尺的數值 作為地表附近的重力加速度量值來使用 除了重力加速度 同學們有聽過「重力場強度」嗎？ 這又是什麼呢？ 「重力場強度g」表示單位質量的物體在該處所受的重力 可說是重力加速度g的另一個物理意義 從概念上來談的話 重力加速度的本質是加速度 是在描述物體運動速度隨時間的變化 而談到重力場強度時 主要是討論物體所受到的重力大小 兩者在數學上的數值雖然一樣 但卻有著不同的物理意義 在理解「重力場強度」與「重力加速度」的差別之後 同學們是否還聽過「G力昏迷」呢？ 「G力昏迷」是指戰鬥機飛行員在以極高的加速度加速飛行時 受到過大的重力場作用 使血液因重力往腿部聚集 致使腦部缺氧 輕則產生灰視或黑視 重則昏迷失能 一般通常會將地表附近的重力場強度定義為1G 目前人體離心機的G力測試 極限為9G 9G就是承受9倍的地表重力場強度 此時體重會變為原本的9倍重 如果不是受過專業訓練 將體能推向極限的飛行員 一般人是絕對受不了9倍地表重力場強度的 我們前面有提到 重力是物體所受地球的萬有引力 而「物體重量W」指的就是物體所受到的重力F 也就是物體所受由星球所給予的萬有引力 然而 我們又該如何測量物體的重量呢？ 最簡單的方式 就是用磅秤量測物體所受到的重力 而磅秤顯示的讀數 就是磅秤平衡人體重量的正向力量值 因此 只要看著磅秤顯示的讀數 就可以知道物體所受到的重力量值是多少了 那麼現在常用的電子體重計的工作原理 又是什麼呢？ 電子秤的原理 是將待測物體經由電子重量傳感器 將重力轉換為電壓或電流的訊號 最後由顯示螢幕以數字方式顯示 地球唯一的天然衛星──月亮 重力場強度約為地球的六分之一 也就是說 當我們站在月球上 會感受身體變得很輕盈 此時站在體重計上面 會發現讀數只有在地球時的讀數的六分之一 很神奇吧！ 總結來說 「重力加速度」是物體僅受重力作用下所具有的加速度 也是專屬於自由落體的運動加速度 而「重力場強度」雖然數值上跟重力加速度相同 但意義上 是在描述每單位質量的物體受到了多大的重力 以後可別再傻傻分不清楚囉！ 我們來整理一下今天學到的重點： 重力加速度是物體僅受重力作用下所具有的加速度 方向指向地心 與地心距離的平方成反比 關係式如畫面所示 地表附近的重力加速度量值為每秒平方9.8公尺 重力場強度是在描述每單位質量的物體受到了多大的重力。 每個星球的重力場強度不同 重力場強度越大的星球 物體量到的重量就越大 月球重力場強度約為地球的六分之一 物體的重量等於物體所受到的重力 等於物體所受由星球所給予的萬有引力 新聞畫面中有時會誤用物理名詞 把「重力加速度」寫成數學式「重力」加上「速度」 請想想看 新聞中要強調的重點是什麼？ 又應該怎麼描述才正確呢？ 試著當自己是新聞記者 重新敘述一次吧！ 我們下次見囉 bye bye~