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1 # simxpert
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2 # 媽咪說MommyTalk
精準計算萬有引力應該用體積分,即星球每一個質點產生的引力合力。而萬有引力公式中r距離指的是質心的距離,而不是球心。只有當我們假設月球是一個密度均勻的球體的時候,質心才等同於球心,這時月球表面的任何位置引力都會相同,但事實卻不是這樣的,就像地球一樣,首先地球不是規則球體(正球體),其次地球的密度分佈也不均勻。
如果不用體積分計算,還按照簡化質心的方式,那就類似下圖:
由於月球密度不均勻,所以質心相對於球心偏移,根據萬有引力公式,由於r1<r2,所以當飛船靠近質心一側時引力最大,遠離質心一側時,引力最小。
我們常說的引力公式F=GMm/R^2,這個公式,其實是一個簡化的公式。
當被研究的兩個物件的距離非常遠的時候,研究物件本身的幾何外形以及質量分佈可以忽略的時候,這兩個物件才可以簡化為兩個點,才可以近似使用此公式計算引力。 或者你是粗略估算也可以近似使用。
如果被研究的兩個物件距離比較近的時候,或者你要詳細計算的時候,就不能使用這個公式。因為它忽略了球體本身的質量分佈和本身的幾何外形的影響。
嚴格的計算應該是下面這樣的: 飛船相對月球,質量和體積都比較小,飛船可以簡化為一個質量點。
月球對於飛船的引力,等於月球上的每一個點對飛船的吸引力之和,其數學表示式,是一個在月球整個球體上的積分。
如果你沒有學過微積分,你可以這樣理解: 把月球切成一個個非常小(無限小)的"微元",這時候是可以用前面的公式的,求出每一個"微元"對飛船的引力,然後累加起來。很明顯,這個計算過程,是考慮了月球的具體的質量分佈的,不是把月球當成一個整體的。
根據上面的描述:在飛船靠近和遠離密度比較大的區域這兩種情況下,密度大的那部分質量對飛船的吸引力是不一樣的。