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第92章 引力(1 / 2)

在太空环境中,物体的运动和结构稳定性受到多种力的交互作用。当一个原本结构完整的球体被破碎成众多碎片后,其后续在外部星球引力下的行为变得复杂而有趣。研究这个问题有助于深入理解天体间相互作用、物质结构在力场中的演变等多个领域的物理现象。

二、基本物理量与假设

1.物理量设定

1.已知破碎前球体的半径为r,总质量为m,吸引星球的质量为M(可视为质点)。

2.假设条件

1.假设碎片为无穷小,忽略碎片自身形状和内部结构对力的传播和作用的影响。

2.假设太空中除了星球对碎片的引力、碎片间的万有引力和挤压力外,没有其他干扰力(如电磁力等)。

三、碎片间的万有引力与挤压力分析

1.碎片间的万有引力

1.根据万有引力定律F = G\frac{m_1m_2}{d^2}(其中G为引力常量,m_1、m_2为两物体质量,d为两物体质心距离)。

2.对于破碎后的碎片,由于碎片质量无穷小,它们之间的万有引力相对星球对碎片的引力可能非常小。设某一碎片质量为\Delta m,与相邻碎片距离为d,则两碎片间的万有引力F_{g_{ij}}=G\frac{\Delta m\times\Delta m}{d^2}。

3.当碎片数量众多时,整体碎片间的万有引力合力F_{g}需要对所有碎片间的引力进行矢量求和,但由于碎片无穷小且分布复杂,这个合力的计算较为复杂。

2.碎片间的挤压力

1.挤压力的产生是由于碎片在向星球运动过程中的相对运动趋势。当碎片有不同的加速度时,它们之间会产生挤压。

2.假设某一碎片的加速度为a_i,根据牛顿第二定律F = ma,其受到的合力为\Delta m\times a_i。如果这个合力与星球对它的引力F_{M - i}=G\frac{M\Delta m}{r_{i}^2}(r_{i}为碎片到星球质心的距离)不相等,就会产生与相邻碎片的挤压力。

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