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介绍一种计算任一星球的引力作用范围的方法

(2010-01-21 14:39:45)
分类: 谈天说地

      每个星球都有自己的引力范围,这个引力范围要比星球自身大得多。一艘宇宙飞船要从一个星球飞往另一星球,只须进入另一星球的引力范围就能落入这个星球。所以,如何计算星球的引力作用范围是一个必须解决的重要问题。好在这个问题不难解决,只要知道这两个星球的距离及质量比,用中学知识就可以求出星球的引力作用范围。本文先介绍计算月球的引力作用范围的方法,再介绍计计算任一星球的引力作用范围的方法。

     应当说,这个方法对于今天研究探月飞船的运动十分有用。那么,对于地月系统而言,月球的引力作用范围半径究竟是如何计算出来的呢?这里介绍二种解法,其中后一种解法可更方便地改用来计算任一星球的引力作用范围。

     解法一:

     如图所示:设地球中心为E,质量为M,月球中心为0,质量为m。显然,在地月之间必有一点P,使质量为m`的飞船处于此点时,地球对它的引力与月球对它的引力相等。令地月距离oE为d , EP 为x,则op=d-x。由题意得:

http://s5/middle/4c417a72t7e39cd023734&690


     Mm`/ x2=mm`/(d-x)2

     m /M = (d-x)2/ x2

    因月地质量比m/ M =1/81。所以:  

    1/81= d2-2xd+x2/ x2

    80 x2-162dx+81d2=0

    其中月地平均距离d=3840000公里,解此一元二次方程得:

    x1=0.9d=346000公里

    x2=1.12d=43000公里

    这二个解告诉我们,在月地中心连线上,离地球中心34600公里的P点和4300公里的Q点,飞船受到的地球引力和月球引力是相等的,进而可知:月球的作用范围是直径为x2-x1/2=o.22d=84000公里的一个球体,月球的引力作用范围的半径为42000公里。

    解法二:

    如设po为x,则pe=d-x,令M/m=k,则有:

    M/(d-x)2=m/x2

    M/ m = (d-x)2/ x2/

    (d-x)2= kx2

   (K—1) x2 +2dx—d2=0      (1)

    80 x2 +2dx—d2=0

    (10x-d)(8x+d)=0

     X1=0.1d

     X2=0.12d

     X1—x2=0.22d=84000

    可见同样得到月球的引力作用范围是直径为84000公里的一个球体,其引力作用范围半径为42000公里。

     对日地系统而言,地球的引力作用范围同样可通过解方程(1)得到,不过这里的d是日地距离,为15000万公里,而k是日地质量比,k=330000,于是有

    (330000—1)x2 +2dx—d2=0

     因330000远大于1和4,作为近似计算立即得出

     X1=d/3300001/2=15000/580=26

     X2=-d/3300001/2=-15000/580=-26

     X1—x2=52万公里

     由此可知:地球的引力作用范围是直径52万公里的一个球体,其引力作用范围半径为26万公里。

     通过以上分别对地球和月球的引力作用范围的计算可发现,求任一天体的引力作用范围都可用此同一方法,所区别的只是天体的之间的距离和质量比不同,因而才有引力作用范围的大小不同。

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