普通物理力学5万有引力_722207776

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2g
ω ≈ 7.3 × 10
α 很小 很小,
−5
rad ⋅ s
−1
R地 ≈ 6.4 × 106 m
α ≈ sin α ≈ 1.74 × 10 −3 sin 2λ
若取 λ = 45 则 α ≈ 6 ′ .
2. 重力与纬度的关系 由正弦定理
W F F = = sin λ sin 180 − λ − α) sin λ + α) ( (
g1 = g2 = g
代入上式得
m1引 m 2引 Gm地 = =…= 2 m1惯 m 2惯 R g
m引 ∝ m惯
选适当G值可使 选适当 值可使
m引 = m惯
即惯性质量与引力质量等价. 即惯性质量与引力质量等价 关键是同一地点各种物体的重力加速度g是否相等? 关键是同一地点各种物体的重力加速度g是否相等? 牛顿单摆实验
(1)轨道定律 每个行星都各在以太阳为焦点的一个椭圆轨道上运动. (1)轨道定律 每个行星都各在以太阳为焦点的一个椭圆轨道上运动. (2)面积定律 由太阳到行星的矢径 在相等的时间内扫过相等的面积 面积定律 由太阳到行星的矢径,在相等的时间内扫过相等的面积 在相等的时间内扫过相等的面积.
远日点
太阳
近日点
* FT + F + FC = 0
W = − FT
离心惯性力
* FC = m ω 2 R
ω
R
FT
* FC
W = F + mω 2 R
如图由正弦定理 O
F
λ W
sin α sin λ = * W FC
* FC sin λ m ω 2 R地 cos λ sin α = sin λ = W mg
=
ω 2 R地 sin 2λ
(3)周期定律 行星绕太阳运动的椭圆轨道半长轴 a 的立方与 周期定律 的平方之比为常量. 周期 T 的平方之比为常量
a3 = 常量 2 T
这一常量对所有行星均相同(严格说应略有差异 仅与太阳性质 这一常量对所有行星均相同 严格说应略有差异)仅与太阳性质 严格说应略有差异 有关,称开普勒常数 有关 称开普勒常数. 称开普勒常数 开普勒定律所描述的运动是相对于日心—恒星参考系的 开普勒定律所描述的运动是相对于日心 恒星参考系的. 恒星参考系的
r月轨道 ≈ 60 R地
1 月球在轨道受万有引力应约为 2 F . 60
月球在轨道上因受地球引力得到的加速度为
1 ′ an ≈ 2 g ≈ 2.7 × 10−3 m/s2 60
也是月球环绕地球的向心加速度. 也是月球环绕地球的向心加速度
ຫໍສະໝຸດ Baidu 又由牛顿定律
v 2 4π 2 R an = = = 2.7 × 10 − 3 m/s 2 R T2
λ = 0 (赤道 ) Wmin
π λ = ± (两极) Wmax 且 W = F 两极) 2
相差很小 一般Wmin < W < Wmax 但W相差很小
如λ = 45 ,
W ≈ F(1 − 0.00174)
所以引力是重力的主要成分.因引力与重力角度 所以引力是重力的主要成分 因引力与重力角度 和大小都相差很小,因而 和大小都相差很小 因而
∆m1 ∆m 2
∆m 3
′ ∆m1 ′ ∆m 2
′ ∆m 3
用“分割”方法计算两物体间的万有引力. 分割”方法计算两物体间的万有引力
万有引力定律最初在地球—月球系统得到检验 万有引力定律最初在地球 月球系统得到检验. 月球系统得到检验 设月球在地球表面, 设月球在地球表面,受万有引力 m地 m月 G = F = m月 g 2 R地
G = 6.754 × 10 −11 m 3 ⋅ kg −1 ⋅ s −2
1991年舒尔 年舒尔(J.Schurr)报道为 年舒尔 报道为
G = 6.51 ± 0.12) 10 −11 ( ×
用扭摆测得
N ⋅ m 2 ⋅ kg −2
1999年华中科技大学罗俊领导的引力实验室利 年华中科技大学罗俊领导的引力实验室利
近日点
太阳
水星
由于旋进, 由于旋进,火星 绕日轨道不再封闭
§3 引力势能
一.引力势能
设质点m 的引力场中从r 处运动到r 设质点 ´ 在m 的引力场中从 0 处运动到 处, 万有引力的功
F ≈W
故可将地球视为惯性系. 故可将地球视为惯性系
例:同步卫星可以定点于赤道上空。 同步卫星可以定点于赤道上空。 要想物体静止于地球上空, 要想物体静止于地球上空,必须物体的表 观重力Pφ为零。由上图可见,仅当φ=0 时, 观重力 为零。由上图可见,仅当φ 和离心力的矢量和才有可能为零, 引力 P 和离心力的矢量和才有可能为零,因此 地球同步卫星可以且只能定点于赤道上空, 地球同步卫星可以且只能定点于赤道上空,万 有引力为
Kepler 从那么多数据归纳出三定律 伟大! 从那么多数据归纳出三定律— 伟大! 但他尚不理解,三定律已传达重大“天机”—遗憾! 遗憾! 但他尚不理解,三定律已传达重大“天机 遗憾
面积定律—角动量正比于掠面速度 角动量守恒 有心力; 面积定律 角动量正比于掠面速度—角动量守恒 有心力; 角动量正比于掠面速度 角动量守恒—有心力 轨道定律—该有心力为引力; 轨道定律 该有心力为引力; 该有心力为引力 周期定律—定量力的大小 周期定律 定量力的大小. 定量力的大小
m惯l T = 2π m引g
∆m m惯 − m引 = < 10 − 3 m惯 m惯
更精确的实验证明是厄缶( 更精确的实验证明是厄缶(Eotvos)实验及以后的改进实验 )实验及以后的改进实验.
三.引力常数的测量
英国卡文迪什(H.Cavendish)利用扭称测得 英国卡文迪什(H.Cavendish)利用扭称测得 (H.Cavendish)
G称万有引力常量 .
万有引力定律本来是对质点而言的,但可证明, 万有引力定律本来是对质点而言的,但可证明, 对于两个质量均匀分布的球体, 对于两个质量均匀分布的球体,它们之间的万有引力 也可用此定律计算. 也可用此定律计算
若物体的线度与它们间的距离可相比拟时, 若物体的线度与它们间的距离可相比拟时,这时 物体不能视作质点,需将物体分成许多小部分, 物体不能视作质点,需将物体分成许多小部分,使每 一部分都能视作质点,利用上式求出物体 各小部分 一部分都能视作质点,利用上式求出物体1各小部分 与物体2各小部分之间的引力, 与物体 各小部分之间的引力,每个物体所受的引力 各小部分之间的引力 等于其各部分所受引力的矢量和. 等于其各部分所受引力的矢量和
测量计算与引力推算结果一致 . 应用万有引力定律取得成功的例子. 应用万有引力定律取得成功的例子 解释天 体现象如哈雷彗星、地球的扁形,预测海王星、 体现象如哈雷彗星、地球的扁形,预测海王星、 冥王星等. 冥王星等
二.引力质量与惯性质量
引力质量——引力大小的量度 引力大小的量度. 引力质量 引力大小的量度 引力质量和作为惯性大小量度的惯性质量含义 并不相同. 并不相同 最简单的实验是在地面同一地点测定各 种物体的重力加速度. 种物体的重力加速度 二者之间的关系? 二者之间的关系? 引力质量为m 引力质量为 1的物体受地球的引力为
Newton:哲学的全部责任似乎在于,从运动的 :哲学的全部责任似乎在于, 现象去研究自然界中的力, 现象去研究自然界中的力,然后从这些力去说明 其它的事情。 其它的事情。
万有引力定律·引力质量与惯性质量 §2 万有引力定律 引力质量与惯性质量
一.万有引力定律
1.引力思想的发展 引力思想的发展 是什么原因使行星在各自的轨道上绕日运动? 是什么原因使行星在各自的轨道上绕日运动 经过前人的努力, 经过前人的努力,万有引力定律的思想准备 已经基本成熟,是牛顿建立了万有引力定律 已经基本成熟,是牛顿建立了万有引力定律.
F1 = G
m地 m1引 R2
引力质量为m 引力质量为 2的物体受地球的引力为
F2 = G
m地 m 2引 R2
在同一地点, 在同一地点,二质点自由下落加速度分别为g1和g2 由牛顿第二定律有
G
m地 m1引 R
2
= m1惯 g1
G
m地 m 2引 R
2
= m 2惯 g 2
实验表明,同一地点各种物体的重力加速度相等, 实验表明,同一地点各种物体的重力加速度相等,即
G = 6.669 9 ± 0.0007) 10−11 m3 ⋅ kg −1 ⋅ s −2 ( ×
四.地球自转对重量的影响
若将地球视为惯性系, 若将地球视为惯性系,物体重力即是地球与物 体的万有引力. 体的万有引力 但地球不是严格的惯性系, 但地球不是严格的惯性系,物体重力是地球万 有引力与惯性离心力的矢量和. 有引力与惯性离心力的矢量和 1. 重力偏离引力的角度 将质量为m的质点悬挂, 将质量为 的质点悬挂,线的末端且相对于地 的质点悬挂 球静止.受力如下页图所示 球静止 受力如下页图所示. 受力如下页图所示 平衡方程 重力
2.万有引力定律 万有引力定律 设行星绕太阳作匀速圆周运动, 设行星绕太阳作匀速圆周运动,从开普勒定律和 牛顿运动定律出发论证万有引力定律. 牛顿运动定律出发论证万有引力定律 由开普勒第三定律
T 2 = C0 R3
该任意行星向心加速度 2 2π 4π 2 C 2 an = ω R = R = ⋅R = 1 C0R3 R2 T
m1m 2 F∝ r2
引入比例常数G 引入比例常数
m1m 2 F =G r2
任何两物体间均存在 相互吸引力. 相互吸引力 若物体可视作 质点, 质点,则二质点的相互引 沿二质点的连线作用. 力F 沿二质点的连线作用
——万有引力定律 万有引力定律
F12 F21
m1
er12
m2
量纲为 L3 M − 1 T − 2 .
4π 2 C1 = C0
仅与施力物体(太阳 性质有关. 仅与施力物体 太阳)性质有关 太阳 性质有关
设月球绕地心运动, 设月球绕地心运动,地球上物体和月球的向心加速度 C an = 2 R2 C2仅与施力物体 地球 性质有关 仅与施力物体(地球 性质有关. 地球)性质有关 是由相互作用力引起并与该力成正比 与该力成正比, 设an是由相互作用力引起并与该力成正比,则有 C F∝ 2 R 由牛顿第三定律施力是相互的。所以C 由牛顿第三定律施力是相互的。所以 应与两物 体性质有关。 体性质有关。用m1 和m2 分别表征各物体有引力作 用的性质,称引力质量 所以 用的性质,称引力质量.所以
P = mgR / R
2 0
2 0 2
2
R 2 2 − mω R cos φ Pφ ≈ P − FI cos φ = mg R 2 1/ 3 gR 0 其高度可求得为: 其高度可求得为: 2 ≈ 4.2 × 10 7 米 R= 23 ω
五.牛顿万有引力定律的适用范围
牛顿引力定律不能解释水星轨道的旋进, 牛顿引力定律不能解释水星轨道的旋进,需用广 义相对论解释之. 义相对论解释之 万有引力是超距作用, 万有引力是超距作用,还 是通过引力场作用? 是通过引力场作用 电磁场 是以光子为媒介. 引力场呢? 是以光子为媒介 引力场呢? 是以引力子为媒介? 是以引力子为媒介?引力子 为何物?尚在探索 为何物?尚在探索.
cos α ≈ 1
W ≈ F (1 + cot λ sin α )−1
将 sin α =
ω 2 R地 sin 2λ
2g
代入上式得
− cos 2 λ)1
W ≈ F (1 +
ω 2 R地
g
括号内后一项是小量, 括号内后一项是小量,所以
W ≈ F (1 −
ω 2 R地
g
cos 2 λ)
即重量随纬度变化的定量式
第五章 万有引力定律
6.2.1;6.2.2;6.2.4; ; ; ; 6.2.5;6.3.1;6.3.2 ; ;
§1 开普勒定律 (Kepler’s Laws)
一.行星运动的开普勒定律 Tyeho,Brahe(1546-1601)观测记录 年, 观测记录20年 观测记录 Kepler (1571-1630) 分析研究 年,总结出三条规律 分析研究20年
引起原因何在? 引起原因何在?
对称性? 对称性?
球面—正六面体 内切球面 正四面体—内切球面 球面 正六面体—内切球面 正四面体 内切球面 正十二面体 正六面体 内切球面—正四面体 内切球面—正十二面体 —内切球面 正二十面体 内切球面 正八面体 内切球面 内切球面—正二十面体 内切球面—正八面体 内切球面 正二十面体—内切球面 正八面体—内切球面 土—木—火—地—金—水 木 火 地 金 水 “愿等一个世纪!” 愿等一个世纪!
相关文档
最新文档