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雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖

哈嘍,大家好!
在前幾篇文章中我們對行星運動參數(shù)、中心天體密度質(zhì)量、及天體自轉(zhuǎn)和向黑洞的演變進行了系統(tǒng)性的公式梳理并搞清了三者之間的代數(shù)關系和物理聯(lián)系,同時提煉出具有四兩撥千斤效果的二級公式,這些公式往往都是“妙手”,在解題時如果運用上會有奇效 。
本篇是萬有引力篇的終級篇也就是最后一篇,我們會對雙星系統(tǒng)模型進行系統(tǒng)性的剖析并提煉出巧妙的二級結(jié)論公式,相信認真看完后你的境界會更上一個層次 。雙星系統(tǒng)的題目難度一直相對固定且偏低,一些學生可能僅僅在老師講解時就主觀性放棄思考,其實這是不必要的,本篇文章會告訴你雙星系統(tǒng)與單星的二級公式結(jié)論會極其相似,甚至更簡單 。
廢話不多說,上菜!
【雙星系統(tǒng)】
首先同學們不要排斥雙星系統(tǒng)相關的題,在銀河系中,雙星的數(shù)量非常多,估計不少于單星 。研究雙星,不但對于了解恒星形成和演化過程的多樣性有重要的意義,而且對于了解銀河系的形成和演化,也是一個不可缺少的方面 。

雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖


雙星系統(tǒng)(物理方面)
雙星分析的關鍵在于兩顆天體互相提供引力(相互作用力),也就是說它們所受的力大小相同,只不過方向相反罷了,結(jié)合牛頓第二定律(F=ma),便得知它們的向心加速度之比為它們質(zhì)量的反比 。
雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖


雙星運動示意圖
為方便研究,我們先規(guī)定:大質(zhì)量為m1,半徑為r1;小質(zhì)量為m2,半徑為r2 。它們相距L,也就是說:r1+r2=L 。
由圖我們可以輕松看出,r1 明顯小于 r2,貌似天體的質(zhì)量越大,它就離旋轉(zhuǎn)中心越近!思考一下,你做過的題是不是都是這樣?
是這樣嗎?
的確是的 。
這里就要普及高中物理老師都不會講到的一點:
多星系統(tǒng)(不只是雙星哦)運動且在圍繞共同一點做勻速圓周運動時,這一公共點便是整個系統(tǒng)的質(zhì)心!
什么是質(zhì)心?你可以理解為一個物體的重心(但不等同哦,這是兩個概念?。?br />
質(zhì)量中心簡稱質(zhì)心,指物質(zhì)系統(tǒng)上被認為質(zhì)量集中于此的一個假想點 。

雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖


該模型下質(zhì)心簡潔表達
由此我們就知道為什么m1更靠近兩個天體的質(zhì)心了 。
雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖


【雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖】質(zhì)心計算公式(不要求掌握)
但又有人要問了,為什么一定要圍著質(zhì)心轉(zhuǎn)呢?
證明非常簡單,只不過要用到大學的一些基本定律,在此簡單提及,就不過分展開,學有余力的同學可以自己研究研究:
系統(tǒng)牛頓第二定律:
系統(tǒng)所受合外力等于各部分質(zhì)量與各部分加速度乘積的矢量和 。當系統(tǒng)內(nèi)各物體的加速度相同時 。則表達式為:F合=(m1+m2+…mn)a,這種情況往往以整個系統(tǒng)為研究對象,分析系統(tǒng)的合外力,求出共同的加速度 。
動量守恒:
一個系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零,這個系統(tǒng)的總動量保持不變,這個結(jié)論叫做動量守恒定律 。
有了質(zhì)心這個知識,就可以秒殺一些求旋轉(zhuǎn)中心的題目:如三星系統(tǒng)
雙星模型公式總結(jié)圖 雙星模型周期推導過程圖


傳統(tǒng)解法
傳統(tǒng)解法是對每一個天體所受到的引力進行矢量合成,最后三個合力三線交于一點,就是旋轉(zhuǎn)中心;而有了質(zhì)心的知識,我們就可以直接求出整個系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心了 。

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