2、万有引力、向心力和重力

对于赤道上的某一个物体 ,有  当速度增加时,重力减小,向心力增加,当速度(即第一宇宙速度)时,mg = 0,物体将“飘”起来,星球处于瓦解的临界状态。

例6、某星球壳视为球体,自转周期为,在它的两极处,用弹簧秤测得物体重为,在它的赤道上,用弹簧秤测得同一物体重为,求星球的平均密度?

解析:设星球的半径为,在两极和赤道上的重力及速度分别为

两极:

赤道上:

  

例7、如果地球自转速度加快,地球上物体的重量将发生怎样的变化?地球自转角速度等于多少时,在赤道上物体的重量为零?这时一昼夜将有多长?

解析:以赤道上的物体为研究对象,设转速为,则:

;设地球自转的角速度为时,,则:

例8 、已知物体从地球上的逃逸速度(第二宇宙速度)v=√2GME/RE,其中G、ME、RE分别是万有引力恒量、地球的质量和半径.已知G=6.67×10-11N·m2/kg2,c=2.9979×108m/s.求下列问题:

(1)逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞.设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030kg,求它的可能最大半径(这个半径叫Schwarz-Child半径);

(2)在目前天文观测范围内,物质的平均密度为10-27kg/m3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c,因此任何物体都不能脱离宇宙,问宇宙的半径至少多大?

解:(1)由题目所提供的信息可知,任何天体均存在其所对应的逃逸速度v=√2GM/R,其中M、R为天体的质量和半径.

对于黑洞模型来说,其逃逸速度大于真空中的光速,即v>c,也就是√2GM/R>c.

黑洞半径  R<2GM/c2=2939m=2.94km.

即质量为1.98×1030kg的黑洞的最大半径为2.94km.

(2)把宇宙视为一普通天体,则质量为 M=ρ·V=ρ·4πR3/3           ①其中R为宇宙半径,ρ为宇宙的密度,则宇宙所对应的逃逸速度  v=√2GM/R  ②

由于题设中宇宙密度使得其逃逸速度大于真空中光速c,即v>c.         ③则由上述①②③式可解得宇宙半径R>√3c2/8πρG=4×1026m.

因1光年=365×24×3600×2.9979×108m,所以R>4.23×1010光年.

即宇宙半径至少为4.23×1010光年.

 0  357751  357759  357765  357769  357775  357777  357781  357787  357789  357795  357801  357805  357807  357811  357817  357819  357825  357829  357831  357835  357837  357841  357843  357845  357846  357847  357849  357850  357851  357853  357855  357859  357861  357865  357867  357871  357877  357879  357885  357889  357891  357895  357901  357907  357909  357915  357919  357921  357927  357931  357937  357945  447090 

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