某行星一昼夜的时间为T,用弹簧测力计称某一物体在该星球赤道上的示数比在两极示数小10%,已知引力常量...某行星一昼夜的时间为T,用弹簧测力计称某一物体在该星球赤道上的示数比在两极示数小10%,已知引力常量为G,则该星球的平均密度为多大?

问题描述:

某行星一昼夜的时间为T,用弹簧测力计称某一物体在该星球赤道上的示数比在两极示数小10%,已知引力常量...
某行星一昼夜的时间为T,用弹簧测力计称某一物体在该星球赤道上的示数比在两极示数小10%,已知引力常量为G,则该星球的平均密度为多大?

(3pai)/(GT^2)

设该行星半径R,质量M。
现再设把一质量为m的小石子放到行星两极点,此处自转半径为0,即无需向心力,由万有引力定律,弹簧测力计示数
F极=GMm/R2 ————(1)
再设想把该小石子放到行星赤道处,由万有引力定律,弹簧测力计示数
F赤=GMm/R2 -mR(2π/T)2 ————(2)
由题意:
F赤 = F极(1-10%)————(3)
联立(1)(2)(3),得到
mR(2π/T)2 = (10%)GMm/R2
所以M/R3 = 40π2/GT2 ————(4)
因星球的平均密度
ρ = 星球质量 / 星球体积
= M / (4πR3/3)
= (3/4π)×(M/R3 )————(5)
把(4)式代入(5)中,立即得到
ρ = (3/4π)×40π2/GT2
= 30π / GT2 为所求。

(GMm/R^2-mRw^2)/(GMm/R^2)=1-10% w=2 π/T
平均密度 p=M/(4/3*π*R^3)=30*π/(T^2*G).

弹簧测力计称某一物体在该星球两极上的示数F1=GMm/R^2 ,弹簧测力计称某一物体在该星球赤道示数F2=GMm/R^2-mw^2R ,F1-F2=10%F1,即mw^2R=10%GMm/R^2,其中w等于2∏/T解得
M=4∏^2R^3/GT^2根据密度等于质量除以体积(4∏R^3/3)得密度等于3 ∏/GT^2