小到分子原子,大到宇宙星球为什么都是圆的?

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物体的形状主要和其自身的受力效果有关 。分子和原子并非都是圆形,而天体虽然大部分都是圆形,但是对于小型天体,就形态各异了,不过天体都有形成圆形的趋势 。

圆形的天体

天体的形成离不开万有引力,引力场的分布具有各向同性,假设有一个产生引力场的质点,我们以相同的距离不同的位置测量其引力大小,会发现这个距离上的引力都是相同的 。同样,我们分析牛顿的万有引力公式F=(Gm1m2)/r^2,公式中只有一维的“r”与空间状态有关,也就是说在确定两个物体质量的情况下,引力的大小之和它们的距离有关,按照这种对应关系,三维状态下只有天体是球形时,其表面的任意位置才会和“球心”的距离相等,也就是说,只有为球形时其表面各处的引力才相同 。


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联系到现实生活中,物体都有从高处坠落的趋势,这也可以看做是天体趋向于球形的一种表现,而且天体的引力越强,这种表现约明显,中子星的引力是非常强大的,中子星的半径约为数千米而其表面起伏程度不超过两厘米 。

并非所有的天体都是圆形,在宏观上整个天体的形状由引力其主导作用,但是在细节上引力的效果就难以发挥了,比如前段时间光临太阳系的“奥陌陌”,它是一个圆柱状的天体,再比如,地球的表面充满高山河流,还能说地球是完整的圆形吗?但它们都有变成球形的趋势 。


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微观粒子

在微观世界,引力已经无法起到主导作用,主要有“强力、弱力、电磁力”产生作用,由于受力复杂,所以微观形状可能并非球形,比如原子由电磁力结合成分子,如果把原子看做球形,那么分子还能是球形吗?因为原子中含有更强的强力,所以由电磁力主导的分子结构不可能把原子融合成一个球形,分子的形状因为原子的排列位置不同而不同,比如二氧化碳分子是直线形、甲烷是正四面体形、氟化硼是平面三角形 。

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到原子尺度,我们依然无法认为原子是球形的,因为原子由更基本的质子和中子构成,如果质子和中子是球形的,那么原子还会是球形吗?而这还只是原子核,在原子核外围还有不断出现的电子,电子以一定的概率出现在原子核周围的空间,这种分布规律称为电子云,因为概率不同,电子云的形状也是不一样的,可能为球形也可能是其他形状,比如纺锤形、花瓣形等,所以原子也并非都是球形 。


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结语

在天体方面,因为引力其主导作用,天体都有变成球形的趋势,而微观世界的受力效果就比较复杂了,而且由于量子效应的影响,不管是分子还是原子,其形状都变的较为复杂了 。

感谢浏览,我是漫步的小豆子,科学之旅,并肩前行,欢迎关注 。(图片来源于网络)

其他网友观点

生活处处有物理 。我们来观察生活中某些现象 。植物叶子上的露珠、玻璃板上的水滴、太空中的水滴都是球形的,这是为什么呢?


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我们知道分子之间有分子间的作用力 。当物体被压缩时,斥力阻碍物体的压缩,当物体被拉伸时,吸引力阻碍物体的拉伸 。因为物体总是要保持原来的状态和性质 。

仔细观察二滴水,当它们靠得比较近时,会自动融合成一滴水,说明二滴水之间有吸引力,这个吸引力是许多水分子之间作用力的合力 。水滴为了维持其球体形状,一方面,要产生指向球心的引力,另一方面,要产生水滴之间的引力(万有引力),当这二个力平衡时,水分子在半径方向上受的力是平衡的 。有这二个力还不能维持水滴呈球形 。与空气接触面处,还由于水分子之间的引力产生了表面张力,表面张力的方向是水滴球面上任意一点的切线方向 。张力也是物体成球形的原因 。液体分子表面张力的大小与分子间的作用力大小有关 。众所周知,水银滴也是球形的,水银面是凸面的 。


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再观察一个生活中的现象,鸡蛋为什么呈近似圆形的,除了减小产蛋时阻力、容易翻动以外,还有一个重要原因,能够使鸡蛋在各个点上受力均匀 。手捏鸡蛋不易碎的方法就是五指并拢和手掌同时用力,此时,鸡蛋在球面上各点受力基本上是均匀的 。


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问题的本身 。分子由原子构成,有的分子是多原子分子,有的分子是单原子分子 。原子是由原子核和核外电子组成的,原子核内的核力把质子和中子紧紧地“团结”在一起,同时,还对电子产生力的作用 。同一轨道上的电子受到的核作用力大小相同,这个力与电子之间作用力的合力平衡 。正常情况下是稳定的,只有吸收一定的能量,对应轨道上的电子才会逃逸 。


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再说地球(其他星体),沿着地球半径方向的万有引力(重力)和其它星球对地球的引力为平衡力,因为地球是圆形的,所以地球表面各个点受力是平衡和均匀的,其切线方向的力是地球自转和产生引力波(时空弯曲)的原因 。


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总之,不论是分子、原子、星球,它们呈圆球形,不仅是受力平衡的需要、也是受力均匀的需要,更是维持物体形状和性质的需要 。观点仅供参考 。

其他网友观点

【小到分子原子,大到宇宙星球为什么都是圆的?】解释这道题应该不是那么难,之所以在太空中所形成的物体都是圆形,就是因为自身的磁向力引起的周圆运动惯力之作 。谢谢邀请!

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