豎直向上是人站立時受到地面支持力的方向,重力是地面支持力的平衡力,所以重力的方向是豎直向下。
重力≠地球引力?
這個討論是我在高中時期經常和同學進行的。高中物理人教版教科書中對重力的定義在必修1的第50頁:
「地球附近一切物體都受到地球的吸引,由於地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。」
按照定義來看,重力就是萬有引力。但是,有例外情況,如下:
重力的方向是_________(豎直向下/指向地心)?這是高中物理的常見題,很多同學不理解為什麼重力的方向不能選指向地心,因為按照上面的定義,把地球想像成球體,地球引力確實是指向地心的。但這裡只能填豎直向下。
因為這裡的「重力」不再是上面定義的「重力」了,而是地球引力去掉向心力分量的剩餘部分。只有在北極點和南極點沒有向心力的分量,地球引力=重力,豎直向下和指向地心兩個方向纔是重合的。而別的地方的人相對於地心隨著地球自轉在做以一天為週期的圓周運動,不是靜止的,用平行四邊形法則從地球引力中扣除掉向心力,剩餘的分力即為重力。可以發現,指向地心的方向和重力的指向是有差別的。
那麼為什麼說重力的方向是豎直向下,而不是呈一定角度傾斜向下呢?畢竟重力和地球引力也呈一定角度 。
填空題裏的豎直向下是精確的表述。原因是當我們站立時,重力的平衡力,即我們所受的地面的彈力支持著我們。為了平衡姿態,我們是呈上下姿態站立的,而地面的彈力方向,正是我們日常生活中理解的「豎直向上」。