天文吧 关注:492,966贴子:2,935,319

困扰了好几年的天文问题求大佬解答

只看楼主收藏回复

某个宇宙只有一个星球,直径半米,它被固定在那无法移动。引力常数与星球质量的积刚好是1。有颗1mm的小钢珠距离星球球心1米。它以初速度100m/s背向星球球心发射出去。问多久后钢珠的速度减速为0,它离星球球心多远? (钢珠的加速度a与星球的距离r关系是:a=1/(r^2)。总的来说就是变减速直线运动)


IP属地:福建1楼2019-09-25 16:47回复
    G和M的乘积是1,距离球心距离是1m,那么第一宇宙速度V是根号(GM/r),这个小球应该回不来了


    IP属地:辽宁来自Android客户端2楼2019-09-25 17:40
    收起回复
      不会减为0


      IP属地:北京来自Android客户端3楼2019-09-25 17:52
      收起回复

        编了个小程序,微分为1毫秒计算一次速度和加速度。1.4131 米每秒的速度射出去 差不多要12个小时速度减到0


        IP属地:福建4楼2019-09-25 19:26
        回复
          如何推导出 程式?


          IP属地:福建5楼2019-09-25 19:27
          回复
            小球动能大于引力势能的绝对值,即小球即使运动到无穷远处速度也不为零。机械能守恒了解一下


            IP属地:北京来自iPhone客户端6楼2019-09-25 19:35
            收起回复
              以1米每秒的速度从1米处发射 计算到微秒级别,当速度降为0的时候,移动了0.98米,用时2.97秒. 发射的速度和用时的关系应该有一个方程。俺没上过大学推导不出来


              IP属地:福建7楼2019-09-25 19:44
              回复
                楼主也是大佬


                IP属地:内蒙古8楼2019-09-26 18:29
                回复
                  使用引力势能公式可以求出速度降为0的位置,用时我没辙,求大佬赐个时间与位移的方程


                  IP属地:福建来自Android客户端9楼2019-09-28 18:41
                  回复
                    简化成椭圆,用开普勒三定律就可以了


                    IP属地:浙江来自iPhone客户端10楼2019-09-28 20:00
                    收起回复
                      贴吧是一个充满大佬的地方


                      IP属地:广东来自Android客户端11楼2019-09-28 21:53
                      回复
                        你给的参数,速度太大了,动能超过了引力势能绝对值,所以不会减速到0


                        IP属地:浙江来自iPhone客户端12楼2019-10-01 15:44
                        收起回复
                          真的厉害


                          来自Android客户端13楼2019-10-01 16:07
                          回复
                            膜拜大佬,本人工科🐶,已经把初中高中物理忘光了


                            IP属地:浙江来自Android客户端14楼2019-10-06 22:18
                            回复
                              设钢珠初速度v0=100m/s,初始位置与球心距离r0=1m,初始时间t0=0
                              设时间为t时,钢珠与球心距离为r
                              由于小球的加速度与速度方向相反,所以,加速度a=-1/r²。 (式1)
                              设钢珠位移为s,速度为v。因为位移增加方向等于钢珠与球心距离r的增加方向,
                              所以,ds=dr,
                              根据速度定义,v=ds/dt=dr/dt=r′ (式2)
                              根据加速度定义,a=s″(s″即d²s/dt²,表示位移s对时间t的二阶导数)
                              因为s″=r″
                              所以,a″=r″ (式3)
                              把加速度定义式(式3)代入已知条件(式1),得
                              r″=-1/r² (式4)
                              两边积分,得:
                              ∫[d(dr/dt)/dt]·dr=∫(-1/r²)dr (式5)(注:这里r″=d²r/dt²=d(dr/dt)/dt,而且两边得微分变量是dr而不是dt)
                              先化解积分左边,[d(dr/dt)/dt]·dr=(dv/dt)·dr=(dr/dt)·dv=vdv (注:根据速度定义v=dr/dt,见式2)
                              所以,积分左边∫[d(dr/dt)/dt]·dr=∫vdv (式6)
                              将(式6))代入(式5),(注:这是化简式5左边的过程)
                              ∫vdv=∫(-1/r²)dr (式7)
                              因为两边可以同时积分,所以将(式7)两边同时积分,得:
                              v²/2=1/r+C (式8)
                              将式8变形,变成r的表达式,得:
                              r=2/(v²-2C)
                              令C1=2C
                              那么,r=2/(v²-C1) (式9)
                              式8表示钢珠速度v与球心距离r的关系,
                              而式9是球心距离r与速度v得函数关系式,这个式子比较重要。
                              因为,初始速度v0=100m/s,初始球心距离r0=1m,将两个初始量代入式8,解出常数C
                              即:100²/2=1+C
                              C=4999
                              因为C1=2C,所以C1=9998
                              所以,r=2/(v²-9998) (式10)
                              式10就是本题钢珠与球心距离r与速度v的函数式,由于仅限于本题,所以意义不大。而式9显然比式10显然更具有广泛意义。
                              当v²=9998米/秒时,即v=99.98999949995米/秒时,r=∞
                              所以,一旦钢珠速度降到接近99.98999949995米/秒时,钢珠难以回头,会脱离星球远去。当然这个星球是半径为半米的球,不是一个半径为0的质点。上面计算结果是理想状态,即星球为质点的状况。
                              再讨论一下式9,
                              如果当v=0时,r>0为正值,那么钢珠不会离星球远去。将这两个条件代入式9,
                              即,r=2/(v²-C1)=-2/C1>0,即C1<0 ,
                              所以,只有C1<0时,钢珠才不会离星球远去。
                              将式9变形,解出C1,得:
                              C1=v²-2/r (式11)
                              根据式11,可以知道,
                              C1=v0²-2/r0 (式12)
                              因为只有C1=v0²-2/r0 <0时,钢珠才不会远离星球,
                              即初始速度v0与初始距离r0必须满足:v0²-2/r0 <0,这样才能使钢珠不会离星球而去。
                              化简不等式:v0²-2/r0 <0,
                              即:r0<2/v0²
                              即初始条件必须满足r0<2/v0²,钢珠才不会逃离星球,如果不满足这个条件,钢珠一定会逃离星球。
                              比如初始条件,钢珠初始速度为100米每秒,那么钢珠初始距离星球心必须小于2/100²米,即小于0.0002米,这样才能保证钢珠不逃离星球,然后才能进一步计算。
                              如果钢珠初始距离星球心为1米,那么钢珠初始速度必须小于2^0.5米每秒,即小于1.414米每秒,这样才能保证钢珠不逃离星球。


                              15楼2019-10-08 11:06
                              收起回复