速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律,得
=m月·v·
=m月
以上两式消去r,解得
【规律总结】由以上论述可知,求天体质量的方法主要有两种:
一种方法是根据天体表面的重力加速度来求天体质量,即mg=,g=G,则M=,题目中常见的如利用在天体表面的平抛或自由落体运动来计算g的值。另一种方法是根据天体的圆周运动,即根据天体做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供,列出方程:
G=mr=m=mω2r来求得质量M===
用第二种方法只能求出圆心处天体质量(即中心天体)。
三、天体密度的计算
1. 利用天体表面的重力加速度,来求天体的自身密度。
由mg=和M=ρ·πR3,
得ρ=
其中g为天体表面重力加速度,R为天体半径。
2. 利用天体的卫星来求天体的密度
设卫星绕天体运动的轨道半径为r,周期为T,天体半径为R,则可列出方程:
G=mr,M=ρ·πR3,
得ρ===
当天体的卫星环绕天体表面运动时,其轨道半径r等于天体半径R,则天体密度为:
ρ=
技巧点拨:在已知重力加速度求天体质量或密度时,通常可以利用重力等于万有引力,重力就是环绕天体运动的向心力以及圆周运动的规律求解。
在行星表面的物体的重力等于行星对它的万有引力,在行星附近飞行的飞船,由万有引力提供其做圆周运动的向心力。
例题1 一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为v。假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为N。已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( )