萬有引力與靜電力之間的區別

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力是一種物理量，定義為對具有特定質量的物體的拉力或推力。力是導致物體速度變化的因素。基本上，力是一種外部作用力，它會導致物體的狀態發生變化，即它可以移動物體或停止運動物體的運動。

力是**向量量**。因此，它既有大小又有方向。力可以分為兩大類，即**接觸力**和**非接觸力**。

• 接觸力是指透過與物體直接接觸而作用於物體的力。

• 非接觸力是指透過空間作用於物體而不與物體直接接觸的力。

力的通用公式由**牛頓第二運動定律**給出，即：

$$F\:=\:ma$$

其中，“F”是力，“m”是物體的質量，“a”是加速度（由於力引起的物體速度變化）。力的SI單位是**牛頓 (N)**。

本文旨在解釋**萬有引力**和靜電力之間的**區別**。萬有引力和靜電力都是非接觸力。在討論差異之前，我們先學習萬有引力和靜電力的基礎知識，以便更容易理解它們之間的差異。

什麼是萬有引力？

物體由於其質量而對其他物體施加的吸引力稱為萬有引力。如果兩個物體中一個物體是地球，則稱為重力。萬有引力只能是吸引力，永遠不可能是斥力。雖然萬有引力是一種非接觸力。因此，兩個物體之間存在萬有引力，不需要物體之間直接接觸。

如果有兩個物體，質量分別為M1和M2，相隔R米，則萬有引力由下式給出：

$$F\:\alpha\:\frac{M_1M_2}{R^2}$$ $$\Rightarrow\:F\:=\:G\frac{M_1M_2}{R^2}$$

其中，G是比例常數，稱為**萬有引力常數**。在SI單位中，G的值為：

$$G\:=\:6.67\:\times\:10^{-11}Nm^2kg^{-2}$$

數值例子1

兩個質量分別為500公斤和700公斤的物體相隔200米。計算這兩個物體之間的吸引力。

解答

已知資料：

• 物體1的質量，$M_1$ = 500 公斤
• 物體2的質量，$M_2$ = 700 公斤
• 物體間的距離，$R$= 200 米

因此，根據萬有引力定律，我們得到：

$$F\:=\:G\frac{M_1M_2}{R^2}$$ $$\Rightarrow \:F\:=\:\frac{(6.67\:\times\:10^{-11})\times\:500\times\:700}{200^{2}}$$ $$F\:=\:5.84\:\times\:10^{-10}N$$

因此，這兩個物體之間的吸引力為5.84 × 10⁻¹⁰ N。

什麼是靜電力？

由於物體的電荷而作用於兩個物體之間的力稱為**靜電力**。因此，靜電力是一個帶電物體作用於另一個帶電物體的力。與萬有引力一樣，靜電力也是一種非接觸力，因此它們的存在不需要物體之間直接接觸。

與萬有引力不同，靜電力可能是**吸引力**或**斥力**。如果兩個帶電體攜帶不同的電荷，例如一個攜帶正電荷，另一個攜帶負電荷，則它是吸引力。另一方面，如果兩個帶電體攜帶相同的電荷，即正正或負負，則它們之間作用的靜電力具有斥力性質。

靜電力由**庫侖定律**公式化，為：

$$F\:=\:k\frac{Q_1\:Q_2}{r^2}$$

其中，k是比例常數，Q1和Q2是物體上的電荷，r是兩個帶電物體之間的距離。k的值由下式給出：

$$k\:=\:\frac{1}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r}$$

其中，$\epsilon_0$和$\epsilon_r$分別是真空的**介電常數**和介質的**相對介電常數**。

$$ \epsilon_0\:=\:8.85\:\times\:10^{-12}\:Fm^{-1} $$

下面的例子說明了確定作用於兩個帶電物體之間的靜電力的過程。

數值例子2

兩個帶電體攜帶+5 C和-10 C的電荷，並在自由空間中相隔10米。確定它們之間作用的靜電力。

解答

已知資料：

• $Q_1$ = +5 C 和 $Q_2$ = −10 C
• r = 10 米

因此，根據庫侖靜電定律，我們得到：

$$F\:=\:k\frac{Q_1\:Q_2}{r^2}$$ $$\Rightarrow \:F\:=\:\frac{(9\:\times\:10^{9})\times\:5\times\:10}{10^{2}}$$ $$\therefore\:F\:=\:4.5\:\times\:10^9\:N$$

因此，這兩個物體之間的靜電力為4.5 × 10⁹ N，因為物體上的電荷相反，所以它是吸引力。

萬有引力與靜電力之間的區別

萬有引力和靜電力都是非接觸力。但是，萬有引力和靜電力之間存在幾個主要區別，下表突出顯示了所有這些區別。

區別基礎	萬有引力	靜電力
定義	物體由於其質量而對另一物體施加的吸引力稱為萬有引力。	物體由於其電荷而對另一物體施加的吸引力或斥力稱為靜電力。
存在原因	萬有引力僅由於物體的質量。	靜電力是由於物體上的電荷。
力的性質	萬有引力只是一種吸引力。	靜電力可能是吸引力或斥力。
周圍介質的影響	萬有引力不受放置兩個物體的介質的影響。	靜電力取決於物體所在的介質。
表示式	萬有引力由下式給出：$$F\:=\:G\frac{M_1\:M_2}{R^2}$$	靜電力由下式給出：$$F\:=\:k\frac{Q_1\:Q_2}{r^2}$$
比例常數	萬有引力常數 (G)（即比例常數）的值在宇宙中的任何一點都是恆定的。它是：$$G\:=\:6.674\:\times\:\mathrm{10^{-11}Nm^2kg^{-2}}$$	在靜電力的情況下，比例常數為“k”，其值取決於介質。 在自由空間中k的值為：$$k\:=\mathrm{\:8.85\:\times\:10^{-12}Fm^{-1}}$$
強度	萬有引力相對較弱。	靜電力比萬有引力強。
重要性	以下是說明萬有引力重要性的事實： 它負責地球繞太陽旋轉。 它負責月球繞地球旋轉。 它負責形成海洋潮汐等。	靜電力很重要，因為它使我們能夠找到一個電荷由於另一個電荷（或電荷）而經歷的電力。 它還使我們能夠找到某處的電場強度。
應用	萬有引力用於計算現代人造衛星的週期、預測月食和日食等。	靜電力用於雷射和噴墨印表機、靜電覆印機、靜電空氣過濾器等。

結論

從以上討論中，我們可以得出結論：萬有引力和靜電力在許多方面都不同，但兩者都是非接觸力，這意味著它們的存在不需要兩個物體之間直接接觸。