Для создания искусственной силы тяжести два отсека орбитальной станции с соотношением масс 1:2 развели на расстояние 60 м друг от друга и раскрутили вокруг общего центра масс. С каким периодом должно происходить вращение, чтобы в более массивном отсеке искусственная сила тяжести достигла половины силы тяжести на Земле? Считать, что на Земле ускорение свободного падения g=10 м/с2
Для решения этой задачи можно воспользоваться законом всемирного тяготения Ньютона, который определяет силу тяжести при движении вокруг общего центра масс.
Пусть FFF - искусственная сила тяжести, m1m_1m1 и m2m_2m2 - массы отсеков первыйивторойсоответственнопервый и второй соответственнопервыйивторойсоответственно, rrr - расстояние между отсеками, TTT - период вращения.
Тогда искусственная сила тяжести может быть выражена как: F=G⋅m1⋅m2r2F = \frac{G \cdot m_1 \cdot m_2}{r^2}F=r2G⋅m1⋅m2
С учетом условия, что m2=2m1m_2 = 2m_1m2=2m1 и F=12mgF = \frac{1}{2}mgF=21mg, получаем: G⋅m1⋅2m1r2=12mg\frac{G \cdot m_1 \cdot 2m_1}{r^2} = \frac{1}{2}mgr2G⋅m1⋅2m1=21mg
Из этого уравнения можно выразить период вращения TTT: T=2πr3G⋅m1T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{G \cdot m_1}}T=2πG⋅m1r3
Скорректируем формулу. Масса здесь орбитальной станции m=m1+2m1=3m1m = m_1 + 2m_1 = 3m_1m=m1+2m1=3m1, следовательно, m1=m3m_1 = \frac{m}{3}m1=3m.
Подставляем это значение и рассчитываем период вращения: T=2π6036.67⋅10−11⋅m3T = 2\pi \sqrt{\frac{60^3}{6.67 \cdot 10^{-11} \cdot \frac{m}{3}}}T=2π6.67⋅10−11⋅3m603
Для решения этой задачи можно воспользоваться законом всемирного тяготения Ньютона, который определяет силу тяжести при движении вокруг общего центра масс.
Пусть FFF - искусственная сила тяжести, m1m_1m1 и m2m_2m2 - массы отсеков первыйивторойсоответственнопервый и второй соответственнопервыйивторойсоответственно, rrr - расстояние между отсеками, TTT - период вращения.
Тогда искусственная сила тяжести может быть выражена как:
F=G⋅m1⋅m2r2F = \frac{G \cdot m_1 \cdot m_2}{r^2}F=r2G⋅m1 ⋅m2
С учетом условия, что m2=2m1m_2 = 2m_1m2 =2m1 и F=12mgF = \frac{1}{2}mgF=21 mg, получаем:
G⋅m1⋅2m1r2=12mg\frac{G \cdot m_1 \cdot 2m_1}{r^2} = \frac{1}{2}mgr2G⋅m1 ⋅2m1 =21 mg
Из этого уравнения можно выразить период вращения TTT:
T=2πr3G⋅m1T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{G \cdot m_1}}T=2πG⋅m1 r3
Подставляя известные значения, получаем:
T=2π6036.67⋅10−11⋅m1T = 2\pi \sqrt{\frac{60^3}{6.67 \cdot 10^{-11} \cdot m_1}}T=2π6.67⋅10−11⋅m1 603
Скорректируем формулу. Масса здесь орбитальной станции m=m1+2m1=3m1m = m_1 + 2m_1 = 3m_1m=m1 +2m1 =3m1 , следовательно, m1=m3m_1 = \frac{m}{3}m1 =3m .
Подставляем это значение и рассчитываем период вращения:
T=2π6036.67⋅10−11⋅m3T = 2\pi \sqrt{\frac{60^3}{6.67 \cdot 10^{-11} \cdot \frac{m}{3}}}T=2π6.67⋅10−11⋅3m 603
T=2π603⋅36.67⋅10−11⋅mT = 2\pi \sqrt{\frac{60^3 \cdot 3}{6.67 \cdot 10^{-11} \cdot m}}T=2π6.67⋅10−11⋅m603⋅3
T=2π603⋅36.67⋅10−11⋅mT = 2\pi \sqrt{\frac{60^3 \cdot 3}{6.67 \cdot 10^{-11} \cdot m}}T=2π6.67⋅10−11⋅m603⋅3
Итак, период вращения должен быть равен T≈1053T \approx 1053T≈1053 секунды.