掉坑里的熊是什么色？探秘重力加速度

北冰洋

一颗苹果掉在了牛顿的身旁，他据此发现了万有引力。这个故事你早就耳熟能详。而下面这个你可能还没听过：一头熊掉进了坑里，这个坑深4.916米，熊掉到坑底用了1秒，那么，你知道這头熊的颜色吗？

或许，你正一头雾水：熊掉坑里，问它的颜色？这什么跟什么啊？

这就得从万有引力说起了……

引力的发现

在很久以前的欧洲，人们认为地球是宇宙的中心，所有的星星都在围绕地球运转——“地心说”是那个年代的主流。

1543 年，波兰天文学家哥白尼发表《天体运行论》。他主张地球不是宇宙的中心，提出了“日心说”。对此，支持“地心说”的教会怒不可遏，认为权威遭受了挑战。哥白尼因此备受刁难，还受到教会的迫害。后来，“日心说”的支持者之一，意大利自然科学家布鲁诺还因此殉道，被教会的极端分子烧死在鲜花广场。

1596 年，受到“日心说”的启发，德国天文学家开普勒发表《宇宙的秘密》。他在书中构建了以太阳为中心的宇宙体系。后来，开普勒将他的体系逐渐完善。1610 年到1619 年期间，他提出了“开普勒三定律”。这使他赢得了“天空立法者”的美誉，更对后来者的学说起到至关重要的作用。

在“开普勒三定律”之后，人们开始更加深入地思考，究竟是什么使得行星在围绕太阳运动。伽利略、笛卡尔，还包括开普勒自己都提出过相关的解释，以及胡克、哈雷等都做出了贡献。关于万有引力，一切呼之欲出——

后来的事情就家喻户晓了。1687 年，牛顿发表《自然哲学的数学原理》，正式提出了万有引力。他认为，宇宙万物都在相互吸引。

而在地表附近，万有引力就是导致物体坠落的力——重力。

小π 的超时空对话

π：您看见苹果掉落就发现万有引力，真的就这么简单吗？

牛顿：我的发现也得益于前辈们的努力，特别是开普勒。

π：您知道吗？后来有人通过万有引力定律，计算出了地球的质量。

牛顿：知识的接力真是神奇啊！

物理启蒙

·八年级物理下“重力”

·由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力。

重力的测量

重力，也就是让熊掉坑里的“罪魁祸首”。

其实历史上，第一个对重力理解比较正确的是伽利略。十六世纪，人们还普遍相信，重的物体会比轻的物体先落地。而伽利略却发现，不管是重的还是轻的物体，它们受到的重力加速度都一样。因而，才有了著名的“比萨斜塔实验”。

伽利略也是第一个测出重力加速度的人。1590 年，他利用物体在斜面上会受到重力而滑落的实验，来测量重力加速度的值。不过由于物体会受到斜面摩擦力的影响，他测量的值算不上精确。

然而，伽利略对重力的探索也没有能够再向前。知识，还需要接力……

1784 年，英国物理学家乔治·阿特伍德通过更精妙的设计，更为准确地测出了重力加速度。他将质量相同的重物用绳子连接，并绕过一个定滑轮。接着，在其中的一个物体上附加一个较轻的物体。这时，定滑轮更重的一端会因为重力以一个微小的加速度下滑。测出这个加速度，再根据各个物体的质量，便可以精确地计算出重力加速度。阿特伍德发明的这个装置，被叫作阿特伍德机。

到了现代，测量重力加速度的重任被交到了重力仪——基本原理依然是自由落体。重力仪依靠更先进的现代科技来精确地测量出自由落体的时间和距离，以此得出极为精确的重力加速度。

不同地区的重力和熊

到这里，可能你又要问：这跟掉坑里的熊的颜色有什么关系？

关系来了！

地球并不是一个绝对的球体，是一个两极稍扁，赤道略微鼓起的椭圆体。地球还在以南北极为轴进行自转，而赤道地区的物体随着地球自转时，受到的一部分万有引力会用来提供向心力——所以在地表，重力加速度的大小，在不同纬度的地区是不一样的。

在赤道地区，地表的重力加速度约为9.780m/s2 ，最小；在南北极地区，地表的重力加速度约为9.832m/s2 ，最大。不同地区的重力加速度是有差异的，这使得不同地区的熊掉到坑底的用时是不同的——根据计算，只有在南北极地区，熊掉进4.916 米的坑底用时最短，仅需1 秒。那么，南北极的熊分别是什么颜色？

南极没有熊，只有北极熊，它看起来是白色！

关于重力加速度的测量，除了让我们知道不同地区的熊掉坑里的时间不同之外，还具有更广泛的科学意义。通过测量不同地区的地球重力的微小变化，可以提供关于地球内部结构、地壳运动等方面的宝贵信息。根据这些信息，我们可以揭示地球内部的演化过程、研究地壳运动的规律。在不久的未来，也许预测地震也将成为可能。甚至，远不止于此。