Question

土星周圍有許多大小不等的巖石顆粒，其繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為圓周運(yùn)動(dòng)。其中有兩個(gè)巖石顆粒A和B與土星中心距離分別位r_A=8.0×10⁴km和r _B=1.2×10⁵km。忽略所有巖石顆粒間的相互作用。（結(jié)果可用根式表示）

（1）求巖石顆粒A和B的線速度之比。

（2）求巖石顆粒A和B的周期之比。

（3）土星探測器上有一物體，在地球上重為10N，推算出他在距土星中心3.2×10⁵km處受到土星的引力為0.38N。已知地球半徑為6.4×10³km，請估算土星質(zhì)量是地球質(zhì)量的多少倍？

Answer 1

解:（1）設(shè)土星質(zhì)量為M₀,顆粒質(zhì)量為m,顆粒距土星中心距離為r,線速度為v,根據(jù)牛頓第二定律和萬有引力定律:    ①

解得:。對于A、B兩顆粒分別有: 和，

得:    ②

（2）設(shè)顆粒繞土星作圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T,則:

       ③

對于A、B兩顆粒分別有: 和 

得:     ④

（3）設(shè)地球質(zhì)量為M,地球半徑為r₀,地球上物體的重力可視為萬有引力,探測器上物體質(zhì)量為m₀,在地球表面重力為G₀,距土星中心r₀^/=km處的引力為G₀’,根據(jù)萬有引力定律:

     ⑤  

     ⑥

由⑤⑥得： (倍)   ⑦