问题标题:
有两个质点,其质量分别为m1和m2,它有两个质点,其质量分别为m1和m2,它们之间的相互作用符合万有引力定律,开始时,两质点距离为L,它们处于静止状态,试求当它们的距离为L/2时,两质点的速率
问题描述:
有两个质点,其质量分别为m1和m2,它有两个质点,其质量分别为m1和m2,它们之间的相互作用符合万有引力定律,开始时,两质点距离为L,它们处于静止状态,试求当它们的距离为L/2时,两质点的速率各为多少
马玉新回答:
将两个质点作为系统,系统的万有引力做正功,引力势能减少,动能增加,减少的引力势能等于增加的动能.
减少的引力势能为 ∆Ep=(-G*m1*m2/L)-[-G*m1*m2/(L/2)]=G*m1*m2/L
设所求的m1的速率是V1,m2的速率是V2
则有 ∆Ep=(m1*V1^2/2)+(m2*V2^2/2)
即 G*m1*m2/L=(m1*V1^2/2)+(m2*V2^2/2).方程1
由于系统不受外力(只有相互作用的万有引力),所以系统动量守恒.
得 0=m1*V1-m2*V2 (以m1的速度方向为正)
即 m1*V1=m2*V2 .方程2
由方程1和2联立得 V1=根号{2G*m2^2/[L*(m1+m2)]}
V2=根号{2G*m1^2/[L*(m1+m2)]}
注:引力势能是取无穷远时为0,势能是 Ep=-G*m1*m2/r,r是它们之间的距离.
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