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moppoot
璇玑玉衡
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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)
送TA礼物
IP属地:福建
1楼
2019-09-25 16:47
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球形
天市垣客
10
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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
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2楼
2019-09-25 17:40
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贴吧用户_02My8M3
浑天覆矩
14
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不会减为0
IP属地:北京
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3楼
2019-09-25 17:52
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moppoot
璇玑玉衡
3
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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
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moppoot
璇玑玉衡
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如何推导出 程式?
IP属地:福建
5楼
2019-09-25 19:27
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天苯
四象归墟
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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
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6楼
2019-09-25 19:35
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moppoot
璇玑玉衡
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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
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Raul
勾陈驭极
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楼主也是大佬
IP属地:内蒙古
8楼
2019-09-26 18:29
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moppoot
璇玑玉衡
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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
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9楼
2019-09-28 18:41
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Zz
zZ
璇玑玉衡
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简化成椭圆,用开普勒三定律就可以了
IP属地:浙江
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10楼
2019-09-28 20:00
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左木冬凉
勾陈驭极
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贴吧是一个充满大佬的地方
IP属地:广东
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11楼
2019-09-28 21:53
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Zz
zZ
璇玑玉衡
3
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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
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12楼
2019-10-01 15:44
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迷途知返一少年
勾陈驭极
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真的厉害
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13楼
2019-10-01 16:07
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无言从天
彗孛犯垣
12
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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
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14楼
2019-10-06 22:18
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爱穿裙子的美女
勾陈驭极
11
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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
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