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在地面以初速v
(来学网)
铅直向上射出一物体(图4-3-3)。设地球引力与物体到地心的距离之平方成反比。求物体可能达到的最大高度。空气阻力不计。
正确答案:
以地面上发射物体处为坐标原点,
轴铅直向上。物体射出后,在运动过程中的任一位置,仅受到地球引力F,而
(a)
式中G是引力常数,M
是地球的质量,m是射出物体的质量,
是物体到地面的距离。当物体在地面上时,即
=0,而F=mg,代入式(a)有
;因而
,于是物体的运动微分方程可
写成
即
式中有三个变量t、v、
,需进行如下变换,以便积分:
积分,v从v
到v,
从O到
,得
当物体到达最高点时,
=
,v=0,于是有
解得
(b)
讨论:要使射出的物体脱离地球引力的影响,发射速度v
应多大?从式(a)可见,要使物体不受地球引力作用,可令
=∞,而由式(b)则必须2gR-v
=0,即
这一速度称为第二宇宙速度。物体脱离地球后受到太阳引力而成为人造行星环绕太阳运动。
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