为什么两物体趋近于零时万有引力能为无穷大?难道有限的物质可以释放出无穷大的能量吗?
我想题主的问题缘于牛顿的万有引力公式吧?
公式中的r为两物体m和M的距离。所以当两物体距离趋近于0时,万有引力为无穷大?
那么问题来了,物体自身质量是怎么形成的?是靠万有引力堆积,还是靠强力、弱力和电磁力堆积的?很明显现实生活中,有质量必然存在体积,而不是物理学中绝对“质点”,所以也就没有万有引力公式中绝对距离r为零的可能性。因此小尺度的两个物体之间无论距离多近,始终存在比物质更多的内部结构空间,必然万有引力仍然可以忽略不计、或当不存在。换句话说,凡是物体回避不了空间,始终满足不了距离r趋近于0。
但对于中子星、黑洞,由于原子、原子核结构被破坏,空间被压缩至奇点。此时万有引力公式中的r才可能趋近于0。所以万有引力起到了绝对性作用。
根据爱因斯坦的质能方程E=mC^2,质量即能量。但需要特定条件下转换。
计算引力时,我们通常考虑两个物体均为球形形状。
当两个物体能无限接近到距离几乎可取为零时,这两个物体的体积也必然趋近于零,它们的质量也就趋近于非常小。虽然在计算引力时,分母几乎为零,好像会导致结果无穷大,但实际上被小的质量平衡后,计算出的引力也会非常小。
而如果想使这两个物体质量再大一些以便能计算出大的引力,这两个物体又必须有一定的体量(体积),结果是两物体的距离又不可能为零(或接近零)。
那么,再考虑两个平面接触的情况,比如两块四四方方的100公斤的铅块的紧贴在一起,好像可以得出引力将趋于无穷的结果。实际上,因为铅块的质量并不是集中在一个质点上的,所以计算引力时,所用的距离这一数值只能用铅块的质量重心作为距离起点,而铅块的质量重心必然是位于铅块内部,因此代入公式的距离数值必不为零(或接近零)。
再考虑铅块摊成薄膜然后紧贴的情形,这时候已经不适用引力公式了。如果距离用极小的数值比如1微米代入计算,则引力为6.67×10^(-11)×100×100/[1×10(-6)]^2=667000牛顿,数值很大,但这样的计算过程是错误的。这种悄况下需要用积分的方法,考虑铅平面上所有的每一点对另一块铅平面上的某一点的引力,然后积分,结果会是一个不大的数,因为平面上有各个方向,接触平面上180度方向的引力会互相抵消(而且180方向上的力并不是两个铅薄膜之间的引力),而90度方向的引力实际又变成了前面讨论过的质量很小的两个物体靠得极近的情况。
一个直径是地球两倍的行星(其密度与地球相近),需要以多快速度自转才可以保证其本身拥有1G的重力存在
首先,我们知道,地球自转相对没那么快,需要的万有引力分力很小,所以地球表面的重力约等于万有引力。
那么设地球自重为M,物体重m,地球半径为r。
则根据题意,新星球的r1=2r,M1=8M,
由万有引力公式F=GmM/r^2得,F1=2F。
足足大了一倍的万有引力,那么我们就需要用跟随自转的向心力来分散掉这部分的力。
(我们知道,万有引力指向球心,但向心力是垂直指向旋转轴,所以二者只有在赤道上才会重合。在其他纬度上根据角度不同,需要的速度也不同,且两极地区靠近地轴几乎没有转速,无法产生向心力。所以我在这道题只给出赤道上保持G需要的速度,如果对于其他纬度情况有兴趣的,比较复杂,你可以应用合力的思想慢慢研究)
因为要求新星1的向心力正好抵消一倍地球上的引力F,所以有:mv^2/2r=GmM/r^2。
那么求出V=(2GM/r)^(1/2)。(^表示多少次幂。2次幂就是平方,1/2次幂就是开方)
带入真实的地球数据和万有引力常量,得到V=1.12*10^4m/s。转一周需要7068.6秒,约2个小时。
当然,除了赤道地区以外受到的重力还是偏大的。