天文工作者观测到某行星的半径为R,它自转的周期为T0,它有一颗卫星的轨道半径为r,该卫星绕行星的公转周期为T,若要在此行星的表面将一颗质量为m的卫星发射出去,使期绕该行星做圆
问题描述:
天文工作者观测到某行星的半径为R,它自转的周期为T0,它有一颗卫星的轨道半径为r,该卫星绕行星的公转周期为T,若要在此行星的表面将一颗质量为m的卫星发射出去,使期绕该行星做圆周运动,求至少应对卫星做多少功?(设行星表面无任何气体,不考虑行星的自转)
答
卫星绕行星做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:
对行星的卫星:G
=m′(Mm′ r2
)2r,2π T
对人造卫星:G
=mMm R2
,v2 R
人造卫星随行星自转的速度:v0=
,2πR T0
由动能定理得:W=
mv2-1 2
mv02,1 2
解得:W=
-2mπ2r3
T2R
;2mπ2R2
T
20
答:至少应对卫星做功为
-2mπ2r3
T2R
.2mπ2R2
T
20