对于你问的四分之一圆环的情况,假设内径是R1,外径是R2,圆环面密度是σ,σ=4M/π(R2²-R1²)
考虑半径等于R处的微小圆环dR,取角元dθ,对应的微小面积对中心的万有引力为dF=Gm(σ*dθ*R*dR)/R²=4GMmdθdR/πR(R2²-R1²),即4GMm/π(R2²-R1²)这个常数乘dθ*dR/R。
水平分量为dFcosθ,垂直分量为dFsinθ
F水平=∫cosθdF=4GMm/π(R2²-R1²)∫∫(θ从0到π/2,R从R1到R2) cosθ/R dθdR=4GMm/π(R2²-R1²)*ln(R2/R1)
F垂直=∫sinθdF=4GMm/π(R2²-R1²)∫∫(θ从0到π/2,R从R1到R2) sinθ/R dθdR=4GMm/π(R2²-R1²)*ln(R2/R1)
所以合力是45°的4*根号2*GMm/π(R2²-R1²)*ln(R2/R1)