高中物理:萬有引力怎麼計算?注意這個方法!

2020-12-03 學習方程式

萬物之間皆有引力......

方程君一直覺得,冥冥中有一股力量在吸引著我向錢看齊,這一定是萬有引力在作怪。

前排指引:

引力有多大,這是今天的內容。

這裡會說的是:

①萬有引力的基本計算步驟。

②萬有引力計算中會用到的一個基本方法。

【1】

萬有引力的計算

(點擊查看思維導圖)

1、引力常量:

在計算之前,記得先記住「引力常量」。

666,是不是非常像,一下就能夠記住。

2、萬有引力的計算步驟:

在計算萬有引力的過程中,有一個需要特別注意的,那就是物體之間的距離:r

r:指兩個物體質心(質量中心)間的距離。

對於質量均勻的規則幾何體來說,質心就在它們的幾何中心上。(考試主要針對這一種)

比如這兩個貨的質心間的距離r:

一般的萬有引力的計算步驟,見上面的思維導圖。具體的計算。

我們來估算兩個質量 分別為100 kg和10kg,半徑大小都為0.25m的小球,當它們相距 0.5 m 時,它們之間的萬有引力約有多大?

解題的思考步驟如下:

①確定兩物體的質量:質量分別為100kg,10kg

②確定質心距離r:

可以確定:r=1m。

③列式計算:

【2】

割補法

對於規則均勻的物體間萬有引力的計算,基本只需要用到上面的步驟就好。

但是,對於一些不規則的幾何物體間的萬有引力,則需要用一個方法----割補法。

割補法包括了兩種基本的方法:

1、補全法(主要考察方法)

適用於不規則物體缺失部分為規則幾何體,且補全後也變成規則幾何體的情況。

有一質量為M,半徑為R的密度均勻球體,在距離球心O為R的地方有一質量為m的質點,現從M中挖去一半徑為R/2,質量為m1的球體,如圖所示,求剩下部分對m的萬有引力F為多大?

題目解說:

挖去半徑為R/2的球體後,剩下的部分(藍色部分)雖然形狀是規則的球形,但內部的質量分布並不均勻(存在空心部分)。

若要計算剩下部分對質點的萬有引力大小,需要把挖去的部分補回去,重新形成一個規則的,且質量均勻的幾何體。

補全之後,整個球體對質點的萬有引力=剩下部分(藍色部分)對質點的萬有引力+補上去部分(灰色部分)對質點的萬有引力。

也即是:

解題步驟:

整體對質點的萬有引力:

①確定質量大小:分別為m和M。

②確定質心距離r:

則質心距離:r=2R。

③列式計算:

挖去部分對質點的萬有引力:

①確定質量大小:分別為m和m1。

②確定質心距離r:

則質心距離:r=5R/2。

③列式計算:

最終,根據上面列出的三個公式,整合後則可以求得剩餘部分對質點的萬有引力。

2、分割法(次要考察方法)

分割法則適合用於形狀不規則,但可分割為幾個規則幾何物體的不規則物體。

求下面這些球對某一個物體的萬有引力。

這些球堆積成了一個複雜的,不規則的物體。

如果要求這個物體對另外的某個物體的萬有引力,則必須將這個不規則物體分割成一個個的小球,分別求每個球對另一個物體的萬有引力。

最終,這些球對另一個物體的萬有引力的合力,就是這個不規則物體對另一個物體的萬有引力。(由於分割法較為複雜,且考察的情況較少,方程君在這裡不做詳細的展開。)

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