



地球对于物体的引力会随着物体的上升而变小。如果我们把1千克重的砝码提升到6400千米的高度,那么它离地心的距离会增加到地球半径的两倍,引力就会减弱到原来的1/4,也就是成4倍地减少,这时弹簧秤上只会显示250克,而不是1千克。根据万有引力定律,我们在计算地球对外部物体的引力时,就好像它的所有质量都集中在地心一样,而这种引力的强度又与距离的平方成反比。在我们刚才的例子中,砝码离地心的距离是原来距离的2倍,这时地心引力会减弱到原来的(1/2) 2 ,即1/4。如果将砝码转移到距离地球表面12800千米的地方,即原来离地心三倍远的距离上,那么引力将减弱到原来的(1/3) 2 ,即1/9;这时1千克的砝码在弹簧秤上的读数就只有111克了,如此类推。
我们很自然地会认为,当砝码深入地球内部,更接近地心时,引力应该增加:地球深处的砝码应该更重。这个猜测是不正确的,随着砝码在地下的深度增加,重量并没有增加,而是减少了。
因为在这种情况下,地球的引力不只是在物体的一侧,而是分布在物体的各个方向上。从图23您可以看到,放置在地球深处的砝码被位于砝码下方的粒子向下吸引,但同时又被位于砝码上方的粒子向上吸引。我们可以证明,最终只有地球半径等于地心到物体的距离时产生的地心引力有意义。因此,物体的重量随着它深入地心而减少得越快。当物体到达地心时,它将完全失去重量,变得失重,因为周围的粒子在各个方向对物体的引力是相同的。
图23 为什么引力会随着深入地下而减弱
因此,物体在地球表面的重量最大;当它向上或向内部移动时,它的重量会减轻(如果地球的密度完全均匀,才会是这样的情况:事实上,地球的密度会随着接近地心而变大;因此,一开始地心引力在物体深入地心一定距离时是增加的,随后才开始变小。)