13: 引力
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在本节中，我们将研究像我们这样小的物体和像整个星系一样大的系统的引力的本质。 我们展示了引力如何影响地球上的物体和宇宙本身的运动。 重力是第一个假定为远距离作用的力，也就是说，物体在没有物理接触的情况下相互施加重力，并且该力仅在无限距离处降至零。 地球对你施加引力，但我们的太阳、银河系和数十亿个星系也是如此，如上图所示，它们距离太远，我们无法用肉眼看见它们。
- 13.1:《引力前奏》
- 我们的可见宇宙包含数十亿个星系，它们的存在本身就是由重力造成的。 重力是所有恒星能量输出的最终原因——在恒星中引发热核反应，允许太阳加热地球，并使星系从深不可测的距离可见。
- 13.2: 牛顿万有引力定律
- 所有质量相互吸引，引力与其质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。 球形对称的质量可以视为其所有质量都位于中心。 可以将非对称物体视为质量集中在质心，前提是它们与其他质量的距离相对于它们的大小而言很大。
- 13.3: 地球表面附近的引力
- 物体的重量是地球和物体之间的引力。 引力场以表示引力方向的直线表示；线间距表示磁场的强度。 由于物体的加速度，表观重量与实际重量不同。
- 13.4: 引力势能和总能量
- 当我们离开地球时，重力引起的加速度会发生变化，引力势能的表达必须反映这种变化。 系统的总能量是动能和引力势能的总和，这个总能量在轨道运动中是守恒的。 总能量小于零的物体是绑定的；那些总能量小于零的物体是无界的。
- 13.5: 卫星轨道和能量
- 轨道速度是由正在轨道的物体的质量和与该物体中心的距离决定的，而不是由小得多的轨道物体的质量决定的。 轨道周期同样与轨道物体的质量无关。 质量相似的物体围绕其共同的质心运行，它们的速度和周期应根据牛顿的第二定律和引力定律来确定。
- 13.6: 开普勒行星运动定律
- 约翰内斯·开普勒仔细分析了所有已知行星和月球在天空中的位置，定期绘制它们的位置。 根据这项分析，他制定了三个定律：开普勒的第一定律指出，每颗行星都沿着椭圆移动。 开普勒第二定律指出，行星在相等的时间内扫除相等的区域。 开普勒第三定律指出，周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。
- 13.7：潮汐力量
- 地球的潮汐是由来自月球和太阳在地球不同两侧的引力的差异引起的。 当地球、月球和太阳对齐时，就会出现春潮或 neap（高）潮，而当它们形成直角三角形时，就会出现整齐或（低潮）的潮汐。 潮汐力量可以产生内部加热，改变轨道运动，甚至破坏轨道物体。
- 13.8: 爱因斯坦的引力理论
- 根据广义相对论，重力是质量和能量在时空中产生扭曲的结果。 等效原理指出，质量和加速度都会扭曲时空，在可比情况下是无法区分的。 黑洞是引力崩溃的结果，是奇点，其事件视野与其质量成正比。
缩略图：我们的可见宇宙包含数十亿个星系，其存在本身就是由于重力造成的。 重力是所有恒星能量输出的最终原因——在恒星中引发热核反应，允许太阳加热地球，并使星系从深不可测的距离可见。 你在这张照片中看到的大多数点不是恒星，而是星系。 （来源：美国宇航局对作品的修改）。