如何根據在某一天體表面的泥坑跺腳後泥水的運動求該天體的質量?

時間 2021-06-01 06:57:12

1樓:勾陳囈

這題真的是奧賽的題目(滑稽)。

解決問題之前先要明確一點——既然這個星球物質組成與地球相似,那麼可以合理假設這是乙個密度與地球相同球體,但是半徑未知

接下來具體進行分析。對於下標, 代表地球相關量, 代表待求星球相關量。

根據題設,泥巴在地球上的初速度相當於這個星球的第二宇宙速度(逃逸速度),根據機械能守恆及由此推出的逃逸速度公式有

其中 為泥巴初速度, 為表面重力加速度, 為地球表面泥巴濺起的高度, 為星球半徑。根據上式易得

若該星球自轉影響可忽略,則重力可視為與萬有引力等同,即 ,其中 為萬有引力常數, 為星球質量。上式可進一步化為

等式兩邊均有 ,簡單約化並立方後,有

乙個星球的質量為 ,其中 為星球(平均)密度, 為星球體積。考慮到開頭的假設,有

聯立以上兩式並化簡,即得該星球質量表示式

代入 , , 及 計算,得 ,即為待求星球質量。

也許以上的思路和凍猿(誤) @董袁可沁 的答案是大同小異的。

對比一下數量級就可以看到,這個星球的質量即便相對於部分較大的小行星( )而言也完全可以忽略不計。不過,光看質量似乎還很難對這個星球的大小有些概念,順便計算一下半徑吧?

實際上,由於假設該星球與地球密度相同,故半徑之比僅取決於質量之比,即 ,代入計算即得 。

這個半徑什麼概念呢?北京地鐵二號線大致可以看成乙個6.7km×5.

4km的圓角矩形,把這個星球整個塞進二號線以內的區域,南北方向可能略緊張,東西方向會有相當的富餘,西直門外的北京天文館表示內心毫無波動甚至想開天文沙龍(滑稽)。

景山麻煩委屈一下(誤)

這麼小的個星球上,別說泥巴了,哪怕是小豬佩奇就這麼跺一腳,都能直接飆出第二宇宙速度來——等等,要不要再來算一下第二宇宙速度?

很簡單,根據 代入資料即可得 ——不要跑,一跑就真的再也回不來了(滑稽)。顯然這樣的宇宙速度不可能有效束縛住氣體分子,因而不可能擁有穩定大氣,更不可能允許地球生物存活(確信)。

——你跟我說彗星?嗯,彗星那個大氣,算「穩定」嗎?(滑稽)

總之,「這都是常識!」

今年CNAO決賽在紹興。包括首日簽到在內,今天該是決賽的第三天。

據前方戰報,決賽筆試昨天下午已結束,國家隊選拔筆試今天上午也已收官,決賽觀測更是在昨晚全部完成,接下來兩天就是各種面基各種阿魯巴了(大誤)。

只參加過威海一屆的老萌新並沒太多可說的,只希望各路大佬盡量心平氣和,即便只拿到有機合成材料牌(誤)也不會長久耿耿於懷就好了。

祝你們玩得開心。

存檔。二零一八年五月六日十九點五十分答案

2樓:

先用V=√(2gh)

求出泥巴初速度的最大值。這個速度是該星球的逃逸速度。

V=√(2GM/R)①

因為星球密度與地球密度差不多,質量可表達如下M=4/3ρπR

地球質量m=4/3ρπr

那麼(R/r)=M/m

R=r √(M/m)②

回代進①式

V=2GM/(r √(M/m))

整理M=(rV/(2G√m))∧(3/2)帶入資料求得

約3.7×10∧14kg

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