在天体表面上,在赤道上万有引力,向心力,重力有什么关系
万有引力
万有引力定律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。是物体(质点)间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。
牛顿的普适万有引力定律表示如下:
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。
即F=Gm1m2/r²
F为两物体间的万有引力,单位为牛顿(N);m1和m2分别指相互作用的两物体,单位为千克(kg);r 表示两物体质心之间的距离,单位为米(m);常数G近似地等于6.67×10^-11 N·m^2/kg^2(牛顿平方米每二次方千克)。
向心力
向心力(centripetal force),是使质点(或物体)作曲线运动时所需的指向曲率中心(圆周运动时即为圆心)的力。物体做圆周运动时,沿半径指向圆心方向的外力(或外力沿半径指向圆心方向的分力)称为向心力,又称法向力。向心力是由合外力提供的。表示为:
F=mv²/r=mω²r=ma=4mπ²r/T²
F为物体所受到的向心力,m为物体质量,v为物体的线速度,r为物体的绕转半径,ω为物体绕转的角速度,a为向心加速度,π为常数,T为绕转周期。
重力
由于星体的吸引而使物体受到的力,叫做重力。方向总是竖直向下,不一定是指向地心的(只有在赤道和两极指向地心)。地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量m成正比,同样,当m一定时,物体所受重力的大小与重力加速度g成正比,用关系式G=mg表示。通常在地球表面附近,g值约为9.8N/kg,表示质量是1kg的物体受到的重力是9.8N。(9.8N是一个平均值;在赤道上g最小,g=9.79N/kg;在两极上g最大,g=9.83N/kg。
万有引力、重力和向心力之间的关系
如图:F为万有引力,mg为重力,r为向心力,关系为向心力和重力是万有引力的两个分力,满足矢量运算法则。
所以,在赤道上,向心力+重力=万有引力,此时由于向心力半径最大,向心力在赤道处达到最大,重力最小。
万有引力 F(万) = G×M×m / (R^2) [此处G为万有引力常数]
向心力 F(向)= m×(v^2)/r
重力 G = m × g
在静止的星球赤道上的物体, F(万)= G(重力)
→ → →
而当星球处于运动状态时, F(万)= G(重力)+ F(向) [矢量和]
学习了天体运动以后,同学们不断地遇到万有引力,重力,向心力这三个力,由于不明确这三力之间的关系,容易将三者混淆,出现诸多错误。要弄清它们之间关系,首先要明确万有引力为重力、向心力之源;其次要分清在哪种情况下。
一.当物体在地球表面时
1.它不是地球的卫星,物体的重力是地球对物体引力的一部分,引力的另一部分是使物体随地球自转所需的向心力,向心力来源于引力但却不等于引力。
在赤道处:万有引力=重力+向心力;
在两极处:万有引力=重力此时向心力等于零;
物体在不同维度不同高度具有不同的重力、向心力。
2.当地球自转影响可以忽略不计时,可以认为物体的重力近似等于物体所受万有引力。
二.当物体在距地面一定高度绕地心做匀速圆周运动时
在这种情况下,物体仅受地球的引力,且此时地球对物体的万有引力就等于物体重力,引力提供物体做圆周运动的向心力,所以三者相等,但要明白,向心力只是从效果上的命名。
总之,物体在地面上还是围绕地球转动,物体受力情况不同,向心力来源不同,
三力关系不同,在处理这类问题时一定要具体问题具体分析。
例:有三颗质量相等人造卫星1、2、3,1是放在赤道发射的卫星,2是靠近地面做匀速圆周运动的近地卫星,3是高空的一颗地球同步卫星。试比较1、2、3这三颗卫星的运行周期T,线速度V,万有引力F,向心力f。下面说法正确的是()
A. T1<T2<T3
B.V1=V2>V3
C.F1 >F2=F3
D.f2>f3>f1
解析:放在赤道待发的卫星1和同步卫星3都是匀速圆周运动。二者相同的是:周期相同(都等于地球自转周期24h),不同的是:同步卫星做匀速圆周运动所需向心力等于地球对它的万有引力,待发的卫星1随地球自转做匀速圆周运动,所需向心力等于万有引力减去重力
参考资料:http://wenku.baidu.com/link?url=WXf7XwulIso9lH3cX4fbjvGsU3-jvoJ5MrPYcJLku6Yfz2ME4cWGHDNVhdbwqH2ML0EBmur37qgjj2gazu4tISy4pjwZUT2MesOzy6qQll3
http://baike.baidu.com/link?url=XsKNOQc78RSZ7Ghz0DxWaKvEnLXY_nhFSYA7TOJQ5V_6pmW2cTSmjlrBqEYnEp5mi6P6FpsPjQ12kkMH7F2xyiKMyp_m6OuPZnT9yM93cUYtg3tqGNYIk9dYhYOsZ69nnNCNYyoGEHgkvY3PghIaF1diMEFQ0dUpxsZypHOVKhW
向心力:
在空中:向心力=万有引力
在地面:向心力=万有引力和支持力的合力
重力:
不考虑天体自转:重力=万有引力
考虑天体自转:重力和向心力的合力=万有引力
2016-05-22