把地球和月球看作质点,说是月球绕地球做圆周运动,实际上是月球和地球都绕二者的共同质心做圆周运动,只是地球的圆周轨道小得多。(双星的两个质量相近的星球的圆周轨道近似相等)地球质点受到月球质点的万有引力正是地球质点绕共同质心做圆周运动的向心力,所以这里的万有引力等于向心力。以地心为非惯性系,此向心力对应的惯性力与此向心力大小相等方向相反。所以地球质点受月球质点的万有引力与这个惯性力大小相等方向相反,相互抵消。
物体m在地心上,它的运动轨迹和动力学规律与地球质点的完全一样,所以就可以把m看作与地球在同一轨道上运行的行星。这样m受的月球的万有引力F月和与之对应的惯性力f月相互抵消了。这里有F月=f月的关系,下面就以此式为准,比较力的大小。
实际上地球的体积很大,不能看作质点了。因为远月点、近月点、地心、月心还有地月共同质心总是在同一直线上,所以两点两心绕地月共同质心运转的角速度相同(如图2)。
这样一来,m近与m的角速度相同,而m近绕地月共同质心的轨道半径比m的小,这就使得近月点的m近的向心加速度比地心处m的小。结果是m近受的惯性力f月近比m的f月小。又因为m月近与月球的距离也比m的小,所以m近受月球的万有引力F月近大于m的F月。以F月=f月为标准来对比可知F月近大于f月近。得出F月近与f月近的合力与m近受地球的万有引力F地近反向。来求m近的重力G近,G近=F地近+(F月近+f月近),可知m近受的重力G近小于所受地球的万有引力F地近(若无月球的作用则G近=F地近),即由于月球的作用m近所受重力变小,m近的比重也变小。如果m近是这里的海水,那么这里就会有涨潮发生,这跟上段说的连通器原理相同。用同样的方法研究远月点的m远,虽然已是F月远小于f月远,但是二者的合力却也是与地球的万有引力反向。月球的作用也使m远的重力变小,比重也变小。所以远月点的海水同时也会有涨潮发生。这就使得海平面微微呈现出纺锤体的形状。
太阳对海洋的作用的分析方法与月球的一样。两者的共同作用,再加上它们轨道平面的相互交叉及不同地区的地形地貌各异,还有地球自转等,使得地球表面具体地点的潮汐现象变得复杂。
如果月球上有海洋,那里也会有潮汐现象发生。因为月球半径与月球运行轨道半径的比值已经很小,所以现象会不太明显。
小行星靠近木星时会有被撕裂的现象发生,也可以用这里的方法解释。
在地面附近的范围内,重力的研究和应用采用了近似的方法。近似方法忽略了地球的自转,重力近似等于万有引力,同一物体在各处受的万有引力相同。这样重力就近似为恒力。在这样的前提下,建立起中学阶段的重力概念。运用近似方法,在地面附近可以顺利地进行有重力参与的动力学问题的研究,尤其是对抛体运动的研究。为了顺从难度的要求,在中学阶段近似的方法是研究和应用重力的唯一选择。但是这里所采用的重力定义存在实质性的问题,这将在【问题分析】一段第4条详细叙述。
在近似研究中展现在面前的是披着重力外衣的万有引力,实际上不是在研究重力而是在研究万有引力。让万有引力脱掉虚幻莫测的外衣,与弹力、摩擦力组合成中学力学中三个基础的力(万有引力的测量会因地球自转存在微小的系统误差,是近似研究所允许的),是编写中学力学教材的科学合理的方法。至于重力,经过深入挖掘得出科学的重力概念,并把它引入大学教材。
要注意的是,没有把重力设定为恒力的前提,就不能建立起中学阶段的重力概念和定义。
新版本概念和定义的应用,体现在下列目录的内容中:【实践检验】、【现象本质】、【问题分析】和【加速运动物体的平稳运行】等。