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)

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

Mm′
r2
=m′(
T
2r,
对人造卫星:G
Mm
R2
=m
v2
R

人造卫星随行星自转的速度:v0=
2πR
T0

由动能定理得:W=
1
2
mv2-
1
2
mv02
解得:W=
2mπ2r3
T2R
-
2mπ2R2
T 20

答:至少应对卫星做功为
2mπ2r3
T2R
-
2mπ2R2
T 20