萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

利用萬有引力定律可以‘稱量’天體的質量,發現未知天體,預言哈雷彗星的迴歸...除了以上成就,我們還可以利用萬有引力與重力的關係求以下兩個特殊量.

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

1. 利用‘球殼模型’的特點求井底的重力加速度

典例1 已知質量分佈均勻的球殼對殼內任意物體的萬有引力為零.假設地球是半徑為R、質量分佈均勻的球體.若地球某處的一礦井深度為d,則礦井底部和地球表面處的重力加速度大小之比為( )

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

【解答】題目沒有涉及地球的自轉,所以無需考慮其對重力的影響,則在地球表面,物體所受重力和萬有引力大小相等,有:

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

令地球的密度為ρ,則地球的質量為:

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

所以地面的重力加速度可表示為:

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

因質量分佈均勻的球殼對殼內物體的引力為零,所以物體在深度為d的井底受到的萬有引力即為半徑等於(R﹣d)的球體在其表面產生的萬有引力。——分割、等效

即井底的重力加速度可表示為:

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

2、利用不同地點的重力加速差異測地球的密度

典例2 假設地球可視為質量均勻分佈的球體.已知地球表面的重力加速度在兩極的大小為g0,在赤道的大小為g;地球自轉的週期為T,引力常量為G.則地球的密度可表示為( )

萬有引力與重力關係的兩個特殊應用

【解答】設地球的質量為M,半徑為R,地球上某物體的質量為m.則由題意得:

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