问题

为什么引力可以造成涨落潮,却不能吸起一滴水?

回答
这是一个非常有趣的问题,它触及了我们对引力作用的理解。很多人直觉上认为,既然引力能把月亮拉住,让海水掀起滔天巨浪,那它肯定也能轻松地把一滴水从地面上吸起来。但事实并非如此,原因在于引力的“方式”和“尺度”。

想象一下,引力就像一个看不见的手,它总是试图把物质往一块儿拉。地球上的每一颗原子,月球上的每一块岩石,甚至遥远的太阳,都在用它们各自的引力轻轻地拉扯着我们。

现在,我们来谈谈潮汐。潮汐的产生,主要不是地球自身的引力,而是月球和太阳对地球的引力差。这里最关键的词是“引力差”。

地球离月球最近的这一面,受到的月球引力最强;地球离月球最远的那一面,受到的月球引力最弱。地球的中心,受到的引力则介于两者之间。这种引力强度的差异,就像是月球在地球的两端分别使出了一股“拉力”,而且这两股拉力的大小还不一样。

正因为有了这种“拉力差”,地球上的海水,由于它具有流动性,最容易被这种不均匀的拉扯作用所影响。离月球近的海水被月球拉得更紧,海水就堆积起来,形成“潮”。反之,地球最远端的海水,虽然也受到月球的引力,但由于距离远,引力相对较弱,而地球本身又在向月球靠拢,结果就好像海水被“甩”了出去,也形成了一个“潮”。这种不均匀的拉力,让海水产生了隆起,这就是我们看到的涨潮。

而“吸起一滴水”则完全是另一回事了。当你说“吸起”,你脑海里可能浮现的是一个像吸尘器一样的效果,把东西一股脑儿地卷上去。但地球的引力作用在这一滴水上,是均匀的。

地球的引力,不管是对你,还是对这一滴水,还是对桌子上的一个螺丝钉,都在朝向地心方向均匀地拉扯。这意味着,引力让那一滴水紧紧地贴在地面上,或者附着在你手上。它在“吸”,但不是那种“向上吸”或者“离心”的吸,而是“向下压”或者“固定”的拉力。

你可以这样理解:如果地球突然缩小成一个点,而月球的引力保持不变,那月球确实能把那滴水“吸”起来,因为它对那滴水的作用力会变得非常显著。但我们现在生活在一个巨大的、球形的地球上。地球自身的引力,把那滴水牢牢地固定在了它的表面,就像一个巨大的磁铁把铁屑吸附在表面一样。

而且,一滴水虽然看起来小,但它也受到地球其他所有部分的引力。地球的质量是如此巨大,它对那一滴水的引力,远远大于月球或太阳对那一滴水产生的“引力差”在竖直方向上的作用。

更重要的是,地球的引力是万有引力,它作用在所有物体之间,也包括你和那一滴水之间。但这股引力是相互的,你也在拉扯着那一滴水,但地球的引力远远占主导。

所以,引力确实在“吸”那滴水,只是它吸得是让水牢牢地贴在地面上,而不是让水离开地面向上飘。潮汐之所以能发生,是因为地球上的不同部分受到月球(或太阳)引力的“拉扯程度”不同,这种“差值”才能克服海水自身的重力和它与其他物质的粘连,导致海水流动形成潮汐。而一滴水,它的周围并没有一个足够大的“引力差”来克服它自身的重量和与表面的附着力,让它向上移动。

可以说,引力让那一滴水“粘”在地上,而让海水“波动”形成潮汐,这是它在不同尺度和不同作用方式下的表现。一个是对整体的“固定”,另一个是对局部“拉扯差异”的响应。

网友意见

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因为引力和其他作用力不同,他是一种“全局力”。

上面说月球远大于地球质量就能吸起水的,太阳质量比地球大这么多,怎么连潮汐都吸不出来?

所以,关键不是力的大小,而是力的差距。


力的差距不仅仅和产生引力物体的质量有关,更重要是和距离有关。




扩展阅读:

引力的大小与质量成正比,而根据牛顿第二运动定律力所能造成的效果又与质量成反比,尽管这两个质量出现在两个公式,但是目前基本认为引力质量与惯性质量是同一个物理量。


这就造成了一个很有意思的事情,在引力场中的物体在一个比较小的局部是无法观测到引力作用造成的的相对运动的,首先引力对这个局部所有的物质都造成作用,质量大的受引力作用大,但又会因为惯性而低效掉这个作用。也就是说在一个小范围内,我们看到所有的东西的加速度都是一样的(也就没有了相对运动)。更进一步的,在局部内,忽略掉引力的距离衰减,那么引力场和加速度场是无法分辨的,这就是广义相对论的那个关于光线偏转的著名的思想实验……



为什么其他力可以观测到相对运动?

因为根据牛顿第二运动定律,力的效果(加速度)与质量有关系。譬如说电磁力,我们用静电力可以吸起灰尘、毛屑,却吸不起电视机或者桌子。因为他们太重了,所以我们可以用静电来加持鸡毛掸子更好的除尘,而不用担心鸡毛掸子会把我们的电视机吸起来。


引力非常特殊,其力的大小和惯性质量正好抵消,导致引力对物体的作用效果与物体自身的质量无关而仅与相对位置有关,也即意味着引力场和加速度场等价,从而爱因斯坦推出了光线偏转,更以此为出发点导出了广义相对论,认为引力根本不是一种力。

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