以下为个人见解,不喜勿喷,谢谢。
我认为竖直向下和指向地心是一个意思,只不过一个是局部一个是整体,如下图所示:
我们生活的地球是球体而不是平面,已知万有引力定律,正是因为有这个神奇的吸引力,(至于引力的来源可以百度哦,或者一起讨论下)人类才不会飘起来。
那么在做物理分析时,我们将人站立的那个点或者物体的接触面拿出来考虑,可以想象这个接触面其实也是曲面但无限接近水平,把它看成是水平面,重力向下,称为竖直向下。
个人想法,不成熟,望见谅。
你的疑问主要有两点:
”你说的重力必然不会与万有引力方向相同了“。这句话也不完全对,在赤道上的物体重力和万有引力方向就是相同的,都是指向地心;其余的位置,重力确实与万有引力方向不同,但是地球的自转非常缓慢,自转所需的向心力特别小(也就是你图中的绿的的分力特别小),这样重力几乎与万有引力的方向相同,所以我们近似认为物体受到的万有引力等于自身的重力。
至于“竖直向下”的问题。到底哪个方向是竖直向下,根据你的提问,你已经在脑子里认为竖直向下就是指向地心的方向,所以,你总觉得二者之间有矛盾。其实,竖直向下和重力的方向是两个相互定义的方向,也就是说重力的客观指向方向,我们就叫做竖直向下;或者说竖直向下就是重力指向的方向。
1、若物体在地球表面上,则重力方向竖直向下,而向心力指向地轴且与地轴垂直。
2、若物体在地球上空,绕地球做圆周运动,则重力=万有引力=向心力,此时重力的方向与向心力的方向相同,都指向地心。
3、物体作曲线运动时受到的力叫向心力------- 进一步学习会知道又叫法向力。物体作直线运动时受到的力叫切向力。就是说“向心力”和“切向力”的说法是按照物体运动路径是曲线还是直线来分的。
而重力,摩擦力,压力,引力是据力的性质来分的。它们都可作为“向心力”或“切向力”。
4、由于地球的吸引而产生的力,叫做重力。方向竖直向下。重力并不等于地球对物体的引力。
由于地球本身的自转,除了两极以外,地面上其他地点的物体,都随着地球一起,围绕地轴做近似匀速圆周运动,这就需要有垂直指向地轴的向心力,这个向心力只能由地球对物体的引力来提供,我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力,一个分力F1,方向指向地轴,大小等于物体绕地轴做近似匀速圆周运动所需的向心力;另一个分力G就是物体所受的重力。
其中F1=mw2r(w为地球自转角速度,r为物体旋转半径),可见F1的大小在两极为零,随纬度减少而增加,在赤道地区为最大F1max。因物体的向心力是很小的,所以在一般情况下,可以近似认为物体的重力大小等于万有引力的大小,即在一般情况下可以略去地球转动的影响。其中引力的重力分量提供重力加速度,引力的向心力分量提供保持随地球自转的向心加速度。
向心力和重力都是有具体数据的,向心力远小于重力,所以一般来说物体的重力大小等于万有引力的大小,而忽略旋转引起的向心力,至于说重力垂直向下,是指垂直水平面,当把地球视做完美球体的时候,重力可以说指向地心(也就是垂直于球线的切线),你的图一其实已经说明白了,地球并不是完美球体,所以就不能说重力指向球心,只能说它垂直于水平面。
重力的方向确实是“竖直向下”。但楼主说因此则赤道上的人都掉下去了,是不对了。因为竖直向下指的是指向地球的球心方向,而在地球表面上任何位置,重力的方向都是指向地球的球心的,所以赤道上的人也不会掉下去。