地球上每件物体都会受到地心引力的影响,物体所处位置距离地面越高,受到的地心引力就越小。假设我们在6400千米的海拔高度上举起一个重1千克的砝码,相当于这个砝码离地心的高度是地球半径的两倍,那它受到的引力只有在地面时的1/4,也就是说,此时拿秤来称这个砝码,会显示只有250克的质量。根据万有引力定律,在计算地球与物体之间的引力时,常把地球的质量集中在地心处,万有引力与距离的平方成反比。刚才的例子中,砝码到地心的距离是地球半径的两倍,所以受到的万有引力就是原来的1/4。如果把砝码拿到12800千米的高空,也就是距离地心的高度是地球半径的3倍,那受到的引力就会是原来的1/9,1千克的砝码此时在秤上就会显示只有111克了。
以此类推,你可能会得出这样的结论:离地心越近,引力就会增加,砝码的称重示数就越大。然而,这个推论是不对的。在地面以下离地心越近的物体,它受到的引力不但没有增强,反而减小了。这又怎么解释呢?
这是因为,在地面以下,吸引物体的地球物质微粒不再是分布在物体的某一侧了,而是分布在物体的各个方向上。图23为物体在地面深处的受力示意图。我们可以发现,物体不但受到下方物质微粒的向下吸引力,还会受到下方物质微粒的向上吸引力。而这些引力相互作用的结果,是使实际发生吸引作用的半径只等于地心到物体间的距离。所以物体离地心越近,它的质量就会越轻,如果在地心处,四周的地球物质微粒对它的引力就会处处相等,物体的质量就会消失。
图23 离地心越近,地心引力越小
总而言之,物体在地表的时候是最重的,无论是将物体升到高空还是深入地底,物体的质量都将会减少(当然,前提是地球各处的密度相等)。实际上,地球越接近地心,它的密度会越大。所以物体在刚入地下时,起初质量是增加的,只有到了一定深度质量才会减少。