从场论角度理解引力场的特性

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从场论角度理解引力场的特性

作者:朱学林

来源:《教育教学论坛》2013年第30期

摘要:本文将引力场的梯度、散度和旋度与静电场相应的三量进行了对比,从场论的角度对引力场的属性加以描述,加深了对引力场特征的认识。

关键词:场论;引力场;特性

中图分类号:GO314?摇文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)30-0176-03

一、前言

对于物体的重量人们非常熟悉,对于其产生的原因通常没有深究,物体与物体之间的万有引力及引力场的属性,人们的认识至今也不够完美、不够彻底,特别是对引力场的理解不如对电磁场的清楚,因为万有引力的特殊性,几乎都从牛顿万有引力定律这一实验定律出发去解释物理现象,对于物体周围的引力场特性的认识很少,本文从场论的视角去观查万有引力场的特性,通过类比的方法认识引力场的梯度、散度和旋度,说明计算结果所具有的物理意义。

二、引力场的描述

根据今天人们对万有引力和库仑力的已有知识,比如万有引力定律Fg=G■,库仑力定律Fc=K■,都是与两者距离的平方成反比的,数学形式高度一致,从而可以采用类比的方法引入引力线来描述引力场,即在引力场中假想存在一类曲线,它们来自无限远,终止于质点上,在空间中任意一点不相交,不会形成闭合曲线,并且这些曲线上每一点的切线方向与该点引力场强度的方向一致。有了引力线的假定后,就可以用它来定义描述场的其他要素:

引力场场强■g:其大小等于单位质量的物体在该点所受到的引力■g=■=-■■°,■°是矢径方向的单位矢量,方向指向施加引力的另一场源物体。用引力线的数密度来描述,在Eg的垂直方向上取一面积元,穿过这一面积元的引力线有条,那么比值ΔN/ΔS就是该点引力线的数密度,即垂直通过某点单位截面上的引力线的条数叫做该点引力线的数密度,也就是引力场场强。

引力通量φ:垂直穿过引力场中某一面积上的引力线的总条数。

三、引力场的旋度

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