题目内容

15.月球的质量为R1,半径为M1,地球的质量为R2,半径为M2,月球绕地球转动的轨道半径为r,万有引力常量为G,则月球表面重力加速度为$\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{2}}$,在月球绕地球运行的轨道处由地球引力引起的重力加速度为$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$,月球绕地球转动的向心加速度为$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$,要使月球不会由于自转解体,则月球的自转角速度满足条件为ω≤$\sqrt{\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{3}}}$.

分析 在月球表面,物体的重力等于万有引力,根据万有引力定律列式求解即可;
在在月球绕地球运行的轨道处,重力等于万有引力,根据牛顿第二定律列式求解即可;
在月球绕地球运行的轨道处,重力等于万有引力,万有引力提高月球圆周运动的向心力,故向心加速度等于该位置的重力加速度;
要使月球不会由于自转解体,临界情况是赤道上物体的万有引力等于向心力.

解答 解:月球的质量为R1,半径为M1,在月球表面,物体的重力等于万有引力,故:mg月=$\frac{G{M}_{1}m}{{R}_{1}^{2}}$
解得:g月=$\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{2}}$
在月球绕地球运行的轨道处,重力等于万有引力,故:mg′=$\frac{G{M}_{2}m}{{r}^{2}}$
解得:g′=$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$
在月球绕地球运行的轨道处,万有引力提高月球圆周运动的向心力,故:a=g′=$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$
要使月球不会由于自转解体,最大角速度对应的是赤道上物体的万有引力等于向心力,故:
$G\frac{{M}_{1}m}{{R}_{1}^{2}}=m{{ω}_{max}}^{2}{R}_{1}$
解得:ωmax=$\sqrt{\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{3}}}$
故ω≤$\sqrt{\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{3}}}$
故答案为:$\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{2}}$,$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$,$\frac{G{M}_{2}}{{r}^{2}}$,ω≤$\sqrt{\frac{G{M}_{1}}{{R}_{1}^{3}}}$.

点评 本题关键是明确力是产生加速度的原因;在星球表面,不考虑星球自转的情况下,重力等于万有引力;在空中,重力等于万有引力.

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