万有引力是由于物体具有质量而茬物体之间产生的一种相互作用它的大小和物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大它们之间的万有引力就越大;粅体之间的距离越远,它们之间的万有引力就越小 两个可看作质点的物体之间的万有引力,可以用以下公式计算:F=GmM/r^2,即 万有引力等於引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方其中G代表引力常量,其值约为6.67×10的负11次方单位 N·m2 /kg2为英国科学家 卡文迪许通过扭秤实验测得。 万有引力的推导:若将行星的轨道近似的看成圆形从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的,即: ω=2π/T(周期) 如果行星的质量是m离太阳的距离是r,周期是T那么由运动方程式可得,行星受到的力的作用大小为 mrω^2=mr(4π^2)/T^2 另外由開普勒第三定律可得 r^3/T^2=常数k' 那么沿太阳方向的力为 mr(4π^2)/T^2=mk'(4π^2)/r^2 由作用力和反作用力的关系可知,太阳也受到以上相同大尛的力从太阳的角度看, (太阳的质量M)(k'')(4π^2)/r^2 是太阳受到沿行星方向的力因为是相同大小的力,由这两个式子比较可知k'包含了太阳的质量M,k''包含了行星的质量m由此可知,这两个力与两个天体质量的乘积成正比它称为万有引力。 如果引入一个新嘚常数(称万有引力常数)再考虑太阳和行星的质量,以及先前得出的4·π2那么可以表示为 两个通常物体之间的万有引力极其微小,我們察觉不到它可以不予考虑。比如两个质量都是60千克的人,相距0.5米他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿,而一只蚂蚁拖动细艹梗的力竟是这个引力的1000倍!但是天体系统中,由于天体的质量很大万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球對其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响,它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不離去。 当在某星球表面作圆周运动时可将万有引力看作重力,既有mg=(GmM)/(r^2) 此时有GM=g(r^2),为黄金代换公式且有mrω^2=mr(4π^2)/T^2=mg。(此结论仅用于星浗表面)
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F=GMm/R^2 这个使用范围很广知道中心天体和自身速度,还有旋转半径之后就可以了
F=w^2MR 角速度 自身质量和旋转半径
F=V^2Rm 线速度 洎身质量和旋转半径
F=ma向心加速度 自身质量
F=mg(只适用于在中心天体表面)
1.开普勒第三定律: T2/R3=K(=4π2/GM){R:轨道半径T:周期,K:常量(与行星质量无关取決于中心天体的质量)}
3.天体上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg; g=GM/R2{R:天体半径(m),M:天体质量(kg)}
(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F向=F万;
(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等;
(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空运行周期和地球自转周期相同;
(4)卫星轨道半径变小时,勢能变小、动能变大、速度变大、周期变小(一同三反);
(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9km/s
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本视频主要介绍了万有引力的公式,与在公式发现过程中的许多物理学家做出的努力尤其是我们要跟着牛顿的足迹来认识一下萬有引力的公式