01
牛顿和苹果
说到万有引力，牛顿和苹果的故事流传甚广：
牛顿有一天在一棵苹果树下,一棵熟透了的苹果掉下来砸在牛顿头上。牛顿就在思考：为什么苹果熟了就要掉下来?而不是掉上去? 进而继续假设：如果苹果树像月亮一样高,那为什么月亮不会掉下来?一定有一种力把月亮拉着,让月亮不会掉到地球上来。
经过一系列的实验、观测和演算，牛顿发现太阳的引力与它巨大的质量密切相关。牛顿进而揭示了宇宙的普遍规律：凡物体都有吸引力；质量越大，吸引力也越大；间距越大，吸引力就越小。这就是经典力学中著名的“万有引力定律”。
但是，好遗憾：这个从小励志小学生要善于观察，勤于思考的故事，是假的。
02
什么是重力
不论初中物理还是高中物理（必修一，）关于重力是这样定义的：地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。
书上没有说重力就是引力，也没有说重力等于引力。
初中物理常遇到的一个迷惑错误选项：重力就是吸引力，会被学生误解；而高中由于会学习不在同一直线力的合成与分解，虽然更容易理解重力和万有引力的关系，但其实高中物理在很多问题上研究地表运动，会有两个力相等的近似处理，也会让学生迷惑。
在早期，人们认为地球是一个惯性系，所以地表附近相对地球静止的物体需要处于平衡状态。在研究问题的时候，会发现重力的存在。例如悬挂着的物体，由于平衡态必受平衡力，他受到绳子对它向上的拉力以及重力，二力平衡。那么可以通过用弹簧测力计测量拉力的大小来知道重力的大小，重力的方向为竖直向下，而它的性质人们初步意识到是与地球的吸引有关。
后来人们发现地球在不停自转，也就是说地面附近的物体都在做圆周运动，地球成为了一个非惯性系。那同样悬挂着的物体，也要进行圆周运动，那两个力拉力与重力将不再平衡。其中拉力作为绳上的弹力，它的大小和性质没有改变，只能更改另一个力，也就是对重力的认识。
03
什么是万有引力
万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下：
任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
公式说明：
F: 两个物体之间的引力
G:万有引力常量，G=6.67×10＾11 N·m2 /kg2
M: 物体1的质量
m: 物体2的质量
用简单的话说，任何两个物体之间都会产生引力。之所以我们感受不到桌子对我们的“ 引力” ，是因为我们和桌子的质量太小，产生的引力太小。而地球的质量是60万亿亿，其产生的引力能够被人感受到。
重力和引力是什么关系呢？
地球上的一切物体都随着地球的自转而绕地轴做匀速圆周运动，这就需要向心力，这个向心力的方向是垂直指向地轴的，它的大小为ｆ＝ｍｒω＾2，式中ｒ是物体距地轴的距离，ω是地球自转的角速度。这个向心力只能来自地球对物体的引力Ｆ，它是引力Ｆ的一个分力，引力Ｆ的另一个分力是物体所受的重力ｍｇ。因此，重力ｍｇ是物体ｍ所受的万有引力Ｆ的一个分力，如下图所示。
根据牛顿万有引力定理，我们知道地球对其上的物体有引力的作用。由于地球上的物体要随地球进行自转,所以需要向心力，向心力由万有引力提供。地球对物体的万有引力在指向地轴的方向上的分力提供向心力，其余分力就是我们所说的重力。可以说重力是引力的一个分力。但在两极点物体没有自转，因此不需要向心力，引力全部用来产生重力。
牛顿整整经过了7个春秋寒暑，到他30岁时，终于把举世闻名的“万有引力定律”全面证明出来，奠定了理论天文学、天体力学的基础。其实从物理学史上有名的牛顿胡克之争公案，牛顿花了二十多年的时间去反复确认。
可见一个科学规律定理的得出，离不开科学家的大量的投入科学探究，理论探究和实验探究相结合，反复确认规律具有普适性。
物理学史公案补充：
其实胡克对万有引力定律的发现起了重要作用。1679年他写信给牛顿，信中认为天体的运动是由于有中心引力拉住的结果，而且认为引力与距离平方应成反比。
按照这个想法，地球表面抛体的轨道应该是椭圆，如果地球能穿透，物体将回到原处，而不象牛顿所说的，物体的轨迹是一条螺旋线，最终将绕到地心。
牛顿对此没有复信，但接受了胡克的观点，以后在开普勒关于行星运动的第三定律基础上用数学方法导出了万有引力定律。
1686年牛顿将载有万有引力定律的《自然哲学的数学原理》卷一的稿件送给英国皇家学会时，胡克希望牛顿在序言中能对他的劳动成果“提一下”，但遭到牛顿的断然拒绝。这是后来胡克控告牛顿剽窃他的成果的来由。
据说牛顿曾给胡克回信道：“笛卡尔踏出了很好的一步（指光学研究），而你则推进了许多方面的发展......如果我看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”看是自谦，恭维胡克。而实际上胡克身材矮小，而且有驼背的毛病，明褒暗讽（看来我们误会了这句名言的实际意思）。
其实牛顿早在大约20年前（1666年）就发现了这一定律，并写信告诉了他人，并不需要从胡克那里获悉。从其他资料看，牛顿所说的是事实。他在1665年就已发现了万有引力定律，并试图用它计算月球的轨道。可惜当时测定的地球半径是错的，牛顿未能获得满意的计算结果，就暂时放弃了这一研究。1670年之后有了更准确的地球半径数据之后，牛顿才重新研究引力问题。在哈雷的斡旋下，牛顿的态度软化，进一步承认胡克的来信刺激了他重新研究引力问题，并且承认胡克告诉了他一些他不知道的实验结果。做为妥协，牛顿提出在《数学原理》的有关部分加一条注解，说明引力反比定律也被雷恩、胡克和哈雷独立地发现。
《数学原理》的发表给牛顿带来极大的声誉，也领胡克越发觉得自己的贡献没有被承认。 1690年，胡克在一次演讲中讽刺道：“牛顿帮了我大忙，我本人多年前首先发现并向学会展示的引力性质被他当成自己的发明印刷出版。”胡可后来又写下了一篇未出版的备忘录叙述他与牛顿的争执“真相”。但胡克的抱怨无人理睬，这个事件让他变得越来越抑郁、多疑和妒忌。1703年3月3日，胡克在落寞中去世了。
后来，胡克和牛顿之争成为了科学史上的著名公案。
在胡克、牛顿的年代，科学刚刚草创，学术规范还未完善，难免经常出现优先权的争执。而现在学术界奉行的是谁先发表谁就有优先权，这在很大程度上避免了争执。由此可见，学术规范化和学术研究本身同等重要。
联系客服
