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求半径为R质量为M的1/4圆环对中心质量为m的球的万有引力

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8u们可以用积分教教吗


IP属地:广东来自iPhone客户端1楼2023-07-20 11:11回复
    考虑圆环粗度吗?要不要有个内径?


    IP属地:北京2楼2023-07-20 11:14
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      圆环质量为M,线密度ρ=2M/πR
      取角元Δθ,对应的圆弧对中心的万有引力为ΔF=Gm(ρΔθR)/R²=2GmMΔθ/πR²,即2GmM/πR²这个常数乘Δθ。
      水平分量为ΔFcosθ,垂直分量为ΔFsinθ
      F水平=∫cosθdF=2GmM/πR²∫(从0到π/2) cosθdθ= 2GmM/πR²
      F垂直=∫sinθdF=2GmM/πR²∫(从0到π/2) sinθdθ= 2GmM/πR²
      所以合力是45°的2倍根号2GmM/πR²


      IP属地:北京3楼2023-07-20 11:34
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        来自iPhone客户端4楼2023-07-21 00:21
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          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)


          IP属地:北京5楼2023-07-28 19:47
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