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균일 한 고체 구의 중력 전위


뉴턴의 중력 법칙에 따르면,이 우주의 모든 입자는 힘으로 다른 입자를 끌어들입니다. 힘은 각각의 질량의 산물에 직접 비례하며, 그들 사이에 존재하는 거리의 제곱에 반비례합니다. 이 힘은 중력력으로 알려져 있습니다.

중력 전위는 지구의 중력으로 인해 그 시점에서 단위 질량의 잠재적 에너지입니다. 중력장에서의 위치로 인해 물체가 소유 한 에너지를 중력 전위 에너지라고합니다.

중력 전위 에너지

두 입자 시스템의 중력 전위 에너지 U (r), 질량 m과 m 및 거리 r로 분리 된 두 입자 시스템의 중력은 입자 사이의 분리가 무한 (매우 큰)에서 r로 변경 될 경우 다른 입자에 작용하는 입자의 중력에 의해 수행 될 작업의 음성입니다.  

중력 전위 에너지는 -u =gmm/r에 의해 주어집니다. 

2 개 이상의 입자 시스템에서 총 중력 전위 에너지 u는 모든 쌍의 전위 에너지를 나타내는 용어의 합입니다. 예를 들어, 질량 M1, M2 및 M3의 3 개의 입자의 경우

중력 전위 에너지 공식

중력 전위 에너지의 방정식은 다음과 같습니다.

중력 전위 에너지 =mgh

여기서,

  • m은 킬로그램의 질량을 나타냅니다
  • 중력으로 인한 가속도는 g
  • 입니다
  • 지면보다 높은 높이는 h입니다.

구형 쉘의 중력 전위

반경 (r)과 mass (m)의 얇은 균일 한 구형 쉘을 공간에 존재하는 것을 고려해 봅시다. 이제

1. 포인트 'P'가 구형 쉘 (r

as e =0, v는 일정합니다.

중력 전위는 v =-gm/r에 의해 제공됩니다.

2. 포인트‘p’가 구형 쉘 표면에있을 때 (r =r) :

지구 표면에서 e =-gm/r.

관계 사용, v =-∫e.dr

(0 ~ r)의 한계가있는 우리는 얻을 것입니다.

중력 전위 (v) =-gm/r.

3 :지점 'P'가 구형 쉘 외부에있을 때 (r> r) :

구형 쉘 외부, e =-gm/r.

관계 사용, v =-∫e.dr

(0 ~ r)의 한계가있는

v =-gm/r.

균일 한 고체 구체로 인한 중력 전위

단단한 구체는 많은 얇은 유니폼으로 구성되어야합니다

동심원 구형 쉘, 질량은

인 것으로 가정합니다.

중앙 O.

에 집중되어 있습니다

(i) 구의 외부 지점에서

외부 지점에서 그러한 쉘로 인한 전위는

로 제공됩니다.

여기서 m1, m2, m3 등.

아래에있는 쉘의 질량을 나타냅니다.

고려 사항. 따라서

여기서 m =m1 + m2 +…

여기서, 점 P가 쉘 외부에있을 때 v에 대한 표현을 구별함으로써 강도를 얻을 수 있습니다. 따라서, 차별화 식. (1), 우리는 강도를 다음과 같이받습니다.

(ii) 포인트 P는 구에 있습니다

계산은 비슷한 방식으로 정확하게 수행되며

에 의해 잠재력이 주어진다는 것을 알 수 있습니다.

v =-gm/a

여기서 a는 고체 구의 반경을 나타냅니다.

점 P가 쉘 표면 외부에있을 때 v에 대한 표현을 구별함으로써 강도를 얻을 수 있습니다. 따라서 강도는

에 의해 주어진다

(iii) 구체의 한 지점에서

중심 O에서 R의 거리에있는 P와 같은 구체 내부에있는 점을 고려해 봅시다. 점 P는 반경 R의 고체 구체 외부이며 반지름 A 및 R의 두꺼운 쉘 내부입니다. 

v1과 v2 가이 두 부분으로 인해 p에서 전위를 나타냅니다. 

구의 재료의 밀도는 어디에 있습니까? 

v2를 계산하려면 반경 X의 얇은 동심 구형 쉘과 두께 dx를 고려합니다. 그 중 p는 내부 점입니다. 그러므로 앞에서 볼 수 있듯이 내부 지점에서의 잠재력은 표면의 잠재력과 동일합니다. 고려중인 얇은 구형 쉘로 인한 P의 잠재력은-

에 의해 제공됩니다.

따라서 반경 A와 R의 두꺼운 쉘의 경우 전위는

에 의해 주어집니다.

따라서 전체 고체 구로 인한 P의 잠재력은

에 의해 제공됩니다.

이제 단단한 구체의 질량은

에 의해 주어집니다.

따라서 내부 지점에서의 강도는 다음과 같습니다.

결론

중력장의 점의 중력 전위는 단위 질량 당 작업으로, 일부는 제로 전위, 일반적으로 무한대의 정의 된 위치로부터 그 지점에 거대한 물체를 가져 오기 위해 외부 적으로 적용된 힘에 의해 수행되어야하는 일입니다. 

선택한 지점과 위치 사이의 중력 전위차는 전위가 0입니다. 중력을 경험하는 동안 입자는 초기 지점에서 최종 지점으로 이동합니다. 그 힘에 의해 수행 된 작업과 중력 전위 에너지의 변화는 취한 경로와 무관합니다.



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