两道物理题!万有引力!!

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/25 05:35:07
1.2006年8月15日的国际天文学联合会(IAU)上定义了行星的新标准,冥王星被排除在行星之外而降为“矮行星”,另外,根据新标准,从理论上可分析出:如果地球和月亮还能存在几十亿年,月亮有可能成为行星。由于两者之间潮汐力的作用,月亮与地球的距离每年增加约3.75cm,地球和月亮的共同质心(地球和月亮作为独立双星系统相互环绕的中心)转移到地球之外,到那时月亮就可能成为行星了,已知地球质量m=5.97*10^24kg,地球半径R=6.37*10^6m,月亮的质量m=7.36*10^22kg,月亮中心距离L=3.84*10^8m,按上述理论估算月亮还需经多少年才可能成为行星?(结果保留两位有效数字)
2.一颗在赤道上空飞行的人造地球卫星的轨道离地面的高度为2R(R为地球半径),已知地球表面重力加速度为g,则该卫星的运动周期时多大?若卫星的运动方向与地球自转方向相同,地球的自转角速度为ω0,某一时刻该卫星通过赤道上某建筑物正上方,则至少经过多长时间它再次通过该建筑物的正上方?
答案
1.3.7*10^9年
2.6π√3R/g, 6π/((√g/3R)-3ω0)

1.2006年8月15日的国际天文学联合会(IAU)上定义了行星的新标准,冥王星被排除在行星之外而降为“矮行星”,另外,根据新标准,从理论上可分析出:如果地球和月亮还能存在几十亿年,月亮有可能成为行星。由于两者之间潮汐力的作用,月亮与地球的距离每年增加约3.75cm,地球和月亮的共同质心(地球和月亮作为独立双星系统相互环绕的中心)转移到地球之外,到那时月亮就可能成为行星了,已知地球质量m=5.97*10^24kg,地球半径R=6.37*10^6m,月亮的质量m=7.36*10^22kg,月亮中心距离L=3.84*10^8m,按上述理论估算月亮还需经多少年才可能成为行星?(结果保留两位有效数字)
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先根据“双星系统”的规律,证明双星“到它们质心的距离与质量”成反比。
设双星相互之间的万有引力是F,则:
F=m1*ω²*r1=m2*ω²*r2 显然:m1*r1=m2*r2
双星之间的距离:L=r1+r2

由上两式,r1=[m2/(m1+m2)]*L
取上式中m1为地球质量,m2为月球质量,L为月地距离,r1就是开始“地球中心”到“地月质心”的距离。
代入,解出:
r1=[m2/(m1+m2)]*L
=[7.36×10^22kg/(5.97×10^24kg+7.36×10^22kg)]×(3.84×10^8m)
≈4.676×10^6m(小于地球半径,质心在地球内)

每年月地距离增加3.75cm,就相当于地球到质心的距离增加了:(双星的质量不变,r1与L成正比)
Δr1=[m2/(m1+m2)]*ΔL
=[7.36×10^22kg/(5.97×10^24kg+7.36×10^22kg)]×(3.75×10^(-2)m)
≈4.57×10^(-4)m

后来,它们的质心移到“地球”表面处,就相当于质心移了距离R-r1,经历的时间:
T=(R-r1)/Δr1
≈(6.37×10^6m-4.676×10^6m)/[4.57×10^(-4)m/年]<