地球是均匀的球体,把地球挖空一部分,一个小球在地球边缘放下,求小球运动到地心的时间!

来源:学生作业帮助网 编辑:作业帮 时间:2024/05/09 03:30:24
地球是均匀的球体,把地球挖空一部分,一个小球在地球边缘放下,求小球运动到地心的时间!

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地球是均匀的球体,把地球挖空一部分,一个小球在地球边缘放下,求小球运动到地心的时间!

地球是均匀的球体,把地球挖空一部分,一个小球在地球边缘放下,求小球运动到地心的时间!
假设地球为密度均匀的实心球(实际上密度随着接近地心而增大),且地球质量M,物体质量为m,地球半径为r,万有引力常数为G
依球壳原理,物体离地心x(r>x)处仅受半径为x的部分的重力影响,外壳对於物体的净力为零
故物体在离地心x处,所受的重力Fx=G(Mx)m/x2,其中Mx=(x/r)3M
⇒Fx=(GMm/r3)x--------------符合简谐运动(Simple Harmonic Motion)模式
⇒Fx=kx=(GMm/r3)x,k为常数
⇒k=GMm/r3
⇒周期T=2π√(m/k)=2π√(r3/GM)≈5061.274206(秒)≈84.3545701(分)
其中r=6.371×10^6m,G=6.67×10^(-11),M=5.975×10^24kg
而由地球到地心为1/4个周期,所以需要约21分钟.