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例 6-1 试计算一物体在地球上的逃逸速度,即在地球上发射一物体使之到达无限远处所需的最小发射速度。 解:欲使物体到达无限远处,总能量必须为零或为正;显然, 最小速度对应于总能量为零 。因此,令 E=0 ,并设 M 为地球的质量, R 为地球半径, v e 为物体的逃逸速度,则得: mv e 2 /2 - GmMR = 0 因此: v e =(2GM/R) 1/2 =1.2×10 4 m/s
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例6-1 试计算一物体在地球上的逃逸速度,即在地球上发射一物体使之到达无限远处所需的最小发射速度。 解:欲使物体到达无限远处,总能量必须为零或为正;显然,最小速度对应于总能量为零。因此,令E=0,并设M为地球的质量,R为地球半径,ve 为物体的逃逸速度,则得: mve2/2 - GmMR = 0 因此: ve =(2GM/R)1/2 =1.2×104 m/s 注意,逃逸速度与物体的质量无关。但是,加速一物体使之达到逃逸速度所需的推力则与这物体的质量有关系。因此,质量较大的导弹和卫星就需要功率较大的助推器。
Eg 高斯面 r R 例6-2 利用高斯定理求质量为 m 的均匀球体产生的引力场强分布。 解:设球体的半径为R,密度ρ= 3m/4πR3, 根据对称性,同心的球面上场强的大小相等,方向与此曲面垂直指向球心。 作通过场点P的同心球面为高斯面 S 1、P点在球外(r>R) θ=π,cosθ= - 1, Φg =∮SEg·dS = -4πr2Eg 高斯定理:Φg = - 4πGm 故: Eg = Gm / r2
高斯面 Eg R r 2、 P点在球内 ( r<R ) 作通过场点 P 的同心球面为高斯面 S Φg = - 4πr2Eg ρ= 3m /4πR3 高斯定理:Φg = - 4πGΣ(S内) mi 被高斯面包围的球体体积:4πr3 / 3 质量:Σ(S内) mi = ρ4πr3 / 3 = m r3 / R3 故按高斯定理有: - 4πr2Eg = - 4πGmr3/ R3 得:Eg = Gm r / R3