计算电子和质子间的静电引力和万有引力

bdqnwqk4个月前问题11

F=KQ1Q2/R^2 K为静电力常量=k=9.0×10^9牛顿·米^2/库仑^2
F=GM1M2/R^2 G=万有引力常量约为G=6.67x10^-11 (N·m^2 /kg^2)

两物体趋近无限远时万有引力趋近0为什么?

先看看万有引力定律的文字描述:自然界中任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比。

在以上的描述当中,万有引力确实是同时跟两个物体的质量和它们的距离的二次方有关。

不过,当两个物体趋近无限远时,就涉及到数学中极限的问题了,这就不能光从字面上去理解了。(除非你还没有学到极限这一课,不然你应该能理解)

看看万有引力的计算公式:F=G×m1×m2/r^2 。

一个反比例函数f(x)=y =k/x,当x趋近无限大时,函数y无限接近0,
就是说lim f(x)=0,x→+∞。

简单地说,在 y=1/x 中,当x趋近无限大时,y的极限就是0。

而在 F=G×m1×m2/r^2 中也是如此,
你可以把它看作是 F=(G×m1×m2)×(1/r^2)。
两物体趋近无限远时,就是说在 1/r^2 中的 r^2 趋近无限大,这时 1/r^2 的值就是趋近 0的。此时,F=(G×m1×m2)×(1/r^2)=(G×m1×m2)×0。

你应该知道,无论此时两个物体的质量跟G的乘积是多少,当它再跟0相乘时,F就一定会等于0的。
所以,当两个物体趋近无限远时,并不需要考虑质量的变化。

看来你是偏要把质量给扯进去啊。

也许你会觉得,在两个物体的质量和它们的距离同时趋近无限大时,
在公式 F=G×m1×m2/r^2 中的分子跟分母都是无限大的,既然都是无限大,那么 F 的值不就应该等于 1 了吗?即使不等于,起码也会趋近 1 吧?

可是,我们现在讨论的是它们趋近无限大,是“趋近无限大”。既然是
“无限大”,我们自然不知道有多大,我们并不能确定他们的值。何况还是
“趋近”,因为“趋近”于某一个数,并不能说明它们都是等于这个数的。
例如:0.9990 、0.9991跟0.9980 都可以说是趋近1.0 的,但是他们却不相等。

因此,虽然分子跟分母都趋近无限大,但是可能会有很多种情况:可能分子比分母大,可能分子比分母小;也可能大很多,或者小很多;更加可以是分子与分母之间的相差是无限大的……
这样我们就很难去确定那个分数的极限是什么了。

不过,我们应该把问题转化一下,把分子跟分母拆开,才能把“不确定”变为“确定”。好像我在上面说的那样:

把 F=G×m1×m2/r^2 看作是 F=(G×m1×m2)×(1/r^2)。

我们唯一能确定的是:当距离无限大时(1/r^2)的值就是趋近 0 。
那么无论质量是多大,哪怕是无限大,跟 0 相乘都只会等于 0 。

所以,就算它们的质量也同时趋近无限大,万有引力也会趋近 0 。

当然,我们应该说是F“趋近”0 ,是“趋近”,并不是真的“等于”0。
要说等于的话,只能说它的极限是等于 0 。