引力公式中的r通常指到中心的距离,不是离表面的高度。把两种长度混在一起,即使记住平方反比,也可能得到错误比例。
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先把高度换成中心距离
对半径R、质量M的球对称天体,外部引力加速度模型为g(r)=GM/r²。表面对应r=R;若离表面高度h=R,则r=R+h=2R。
因此该高度的加速度为表面的1/4。若表面取9.8米/秒²,模型结果为2.45米/秒²。
不要把不同的加倍混同
如果高度从R增加到2R,中心距离是从2R变成3R,加速度比例为(2/3)²=4/9,而不是1/4。关键是公式中的量是否真的加倍。
画一个中心、表面和位置点,用两段长度标R与h,有助于避免口头理解带来的误差。
检查模型的适用位置
这里讨论球对称天体外部、忽略自转等影响的近似。不能把同一个GM/r²关系不加判断地套到天体内部,也不能据此把轨道运动解释为没有重力。
本例为原创CAP基础训练。比例计算后回到边界:r增大时引力减小,r回到R时应恢复表面结果,这些检查能快速发现反比方向错误。
延伸阅读:CAP加拿大物理竞赛力学题怎么建模?受力图、加速度与拉力训练。
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