為什麼史瓦西半徑不能由萬有引力公式與向心力公式推得

時間 2022-10-01 06:31:11

1樓:匿名使用者

史瓦西半徑是根據星體的逃逸速度反推出來的。

而用圓周運動、向心力和萬有引力公式推出的是近地衛星的速度。如果用這個反推史瓦西半徑。推出的並不是史瓦西半徑,因為這時光並沒有擺脫星體控制,而是在它周圍繞行(可以理解為還在黑洞內部)。

也就是說,如果用圓周運動、向心力和萬有引力公式推出乙個半徑,從黑洞的這個半徑發出一束光,這束光離開這一半徑表面後,受引力作用,還會在黑洞周圍繞行,並沒有逃脫。

再從運動角度,逆向來看:

逃逸可以簡單看做豎直上拋,而衛星可以看做圓周運動,

雖然兩種運動方式,都能讓物體不再落回地面,但只有達到逃逸速度,物體才能離開星體的控制。

而且,二者需要的速度是不同的。

逃逸速度為√(2gm/r),

近地衛星的速度為√(gm/r)。

以地球為例,

地球的逃逸速度約為11.17千公尺/秒,

而近地衛星的速度約為7.89千公尺/秒,

(當然,太空飛行器不可能貼近地球表面作圓周運動,必需在150千公尺的飛行高度上,才能繞地球作圓周運動。在此高度下的環繞速度為7.9千公尺/秒)

其實,當物體做類似圓周運動,

其速度大於√(gm/r)小於√(2gm/r)時,

物體並不能離開星體,只能改變環繞軌道。

所以,不能用圓周運動、向心力和萬有引力公式推出史瓦西半徑。

再簡單介紹一下逃逸速度和史瓦西半徑。

逃逸速度:簡單地說是指在星球表面垂直向上射出一物體,若初速度達到某一值,該物體將完全逃脫星球的引力束縛而飛出該星球。

首先它是垂直射出的,和高中物理的豎直上拋一樣。

並且物體沒有輔助動力,只有初速度。

然後其動能不斷轉化為勢能,最終不再落回星體表面(這也正是它的推導思想)。

即當物體到達無窮遠時,其動能恰好為零。

勢能mgh可以改寫為mgm/r(h=r,其它的自己可以推導吧)

根據能量守恆:

mv^2/2+(-gmm/r)=mv^2/2+(-gmm/r)(設無窮遠為零勢面)

可以看出,當到達無窮遠時,v為0,r無窮大。

那麼mv^2/2和(-gmm/r)均為零。

推出 mv^2/2=gmm/r

v=√(2gm/r)

這就是星體的逃逸速度

當v=c時,可以反推出史瓦西半徑

r=2gm/c^2

(實際上,推導方法需要引入相對論,使用洛倫茲變換,但與這個的推導結果是一樣的,這個比較簡明)

2樓:銘刻

印象中可以,你只要解光不能逃逸的半徑就可以了。。

求史瓦西半徑公式 的推導過程

3樓:匿名使用者

史瓦西半徑的公式,其實是從物體逃逸速度的公式衍生而來。該值的含義是,如果特定質量的物質被壓縮到該半徑值之內,將沒有任何已知型別的力(如簡併壓力)可以阻止將該物質自身重力將自己壓縮成乙個奇點。

史瓦西半徑將物件的逃逸速度設為光速,配合萬有引力常數及天體質量,便能得出其史瓦西半徑。 rs=2gm/c^2

推導過程:

由 f=gmm/r^2 得知:r 越小,則f越大,而引力f正比於物體吸引落下速度v ,且速度v最大值為c 。求星體半徑臨界值(v=c之 r 臨界值) ; 即史瓦西半徑 :

由 f=ma=mg 得 gmm/r^2 = mg 故 g = gm/r^2

由固定重力場位能得非固定重力場位能公式:

a. 將 e=mgh 代換成 e=gmmh/r^2 且 h=r 故 e=gmm/r 表示位能

b.受星體吸引物質之動能與位能相等, 求得臨界半徑r(史瓦西半徑) 1/2 mv^2 = gmm/r ,得到r = 2gm/v^2 (如果考慮相對論,則做洛倫茲變化,不影響結論)

當v=c 求r之臨界直,則全式可得 :rs = 2gm/c^2 ; rs為史瓦西半徑 ; (g為引力常數 m為恆星質量 c為光速)

向心力公式推導過程,萬有引力公式的推導過程,單擺週期公式的推導過程

4樓:匿名使用者

第一向心力:設質點沿半徑為r的圓周做勻速圓周運動,在某時刻速度為v1 很短的△t時間後為v2速度向量改變△v=v2-v1 比值δv/δt就是質點的平均加速度,方向與δv相同。當δt足夠小時比值就是瞬時加速度,a b兩點就重合為一點,δv即a的方向就是切線方向 .

用δs 表示ab長則δv=v1*δs/r 用δv去除 則δv/δt=δs*v/δt*r 當δt趨近於0時 δv/δt表示a的大小 δs/δt表示線速度的大小v1於是 a=v2/r再由f=ma得到f=mv2/r 用極限的思想

第二萬有引力公式是實驗推倒的,沒有推導過程

第三單擺週期公式要積分的,電腦上我不會打

那個牛頓合力公式這種說法沒說過,f=ma是牛頓第二定律 f=df/dt=d(mv)/dt是他的數學形式一般低速巨集觀用f=ma,你要是學過微分的話我可以把他的推到補上

f=ma的推導:

當物體看作質點,巨集觀低速質量看作不隨時間變換即沒有函式關係,m對t求導為零,

則f=d(mv)/dt=dm/dt*v+dv/dt*m

在上述前提下dm/dt=0 所以推出f=0+dv/dt*m 即f=ma

參考書籍為大學物理上冊(同濟第三版)

5樓:匿名使用者

牛頓萬有引力公式推導:

根據向心力加速度公式f=mv^2/r,由於v很難測到,則用f=mω^2r,因ω=2π/t,

則f=m/r^2(r^3/t^2),(r^3/t^2)根據克卜勒第三定律為一常數,則f∝m/r^2,

根據牛三,得f∝m/r^2,

綜上,f∝mm/r^2

向心力公式中的r跟萬有引力中的r有什麼不同?

6樓:

向心力公式中的r跟萬有引力中的r不同點在於:二者定義不同、二者物件不同以及二者指代不同。

1、二者概念指代不同:

向心力公式中的r是指物體運動圓周半徑的長度;

萬有引力公式中的r是指兩個物體之間的距離。

2、二者物件不同:

向心力公式中的r是針對於乙個運動物體物件;

萬有引力公式中的r是針對於自然界中的任何兩個物體。

3、二者學術意義不同:

重力,就是由於地面附近的物體受到地球的萬有引力而產生的可知:萬有引力中r是指到乙個物體到另乙個物體表面的距離,若是相對地球,則不指代至地心;而向心力是指代至所行圓周圓心的距離。

7樓:胡蘿蔔與青椒要快樂

向心力公式裡面的r指的是物體做圓周運動的半徑。

萬有引力公式中的r指的是兩物體質心之間的距離。

在天體運動這一章中,大量用到萬有引力提供向心力這個知識點。當乙個天體(衛星)繞著中心天體轉動的時候,此時中心天體就是圓周運動的圓心,那麼兩個公式裡的r的取值是一樣的;當沒有中心天體時,例如「雙心問題」,這個時候兩個公式裡的r就不一樣了,要注意找好圓心來確定向心力公式的半徑,兩星體之間的距離才是萬有引力公式裡的距離。

8樓:不知遠方有何

向心力公式中r代表的是物體重心到圓周運動圓心的距離,萬有引力公式r是兩物體之間的距離

為什麼,到底為什麼啊,為什麼,到底為什麼啊??

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