Консультация № 185397
09.02.2012, 17:49
74.26 руб.
09.02.2012, 17:55
0 29 3
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом: Из бесконечности на поверхность Земли падает метеорит массой m=30кг. Определить работу А, которая при этом будет совершена силами гравитационного поля Земли. Ускорение свободного падения g у поверхности Земли и ее радиус R считать известными.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 18:53
общий
это ответ
Здравствуйте, Посетитель - 383833!

Предлагаю Вам следующее решение задачи.

Дано: h = [$8734$], m = 30 кг, g = 9,81 м/с2, R = 6,37 [$183$] 106 м.
Определить: A.

Решение.

Сила гравитационного поля Земли определяется выражением

где - гравитационная постоянная, - масса Земли, - расстояние от метеорита до Земли (между их центрами масс).

По формуле для работы имеем


А поскольку

постольку
[size=3](Дж).[/size]


Ответ: 1,9 [$183$] 109 Дж.

Для того, чтобы Вы поняли, почему в формуле для определения работы появился знак "минус", почитайте, пожалуйста, этот материал.

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 18:55
общий
09.02.2012, 20:20
Посмотрите внимательно на своё решение. Почему у Вас работа отрицательна?

Кроме того, масса Земли нам не дана как входящая в исходные данные.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 18:56
общий
09.02.2012, 20:19
Адресаты:
Посмотрите внимательно на своё решение. Почему у Вас работа отрицательна?
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
09.02.2012, 19:45
общий
10.02.2012, 22:24
это ответ
Здравствуйте, Посетитель - 383833!

A = интеграл от R (радиус Земли) до бесконечности от силы притяжения по расстоянию
A = [$8747$]R[$8734$] F(r) dr

согласно закону всемирного тяготения Ньютона
F= G (гравитационная константа) * M (масса Земли)*m / квадрат расстояния

элементарная работа dA = F*dr = G*M*m/r^2 *dr
после интегрирования от радиуса Земли до бесконечности
с учетом того, что [$8747$]dr/r^2 = -1/r, а также что
возникает одна смена знака интеграла от перестановки пределов (метеорит движется из бесконечности,
поэтому пределы интегрирования "правильнее" установить от бесконечности до R-радиуса Земли),
а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное
выражение в действительности есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит
от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем
траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.

получаем
A = - G*M*m (0 - 1/R) = G*M*m/R (*) ,
здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности)

G = 6,67384(80)·10^-11 м?·с^?2·кг^?1, или Н·м?·кг^2
M = 5,9736·10^24 кг
R = 6 371,0 км

вычисляя работу по формуле (*) A = 1.87 * 10^9 Дж

Сила, действующая на тело массой m у поверхности земли равна mg,
по закону всемирного тяготения
mg = G*M*m/R^2,

отсюда можно выразить G (кстати, справочную константу) G=g*R^2/M

тогда подставляя это выражение для G в ранее написанное мною выражение для дифференциала работы силы притяжения получим

dA = F * dr = G*M*m/r^2 *dr = g*R^2/M * M * m / r^2 *dr = g * R^2 * m / r^2 *dr

далее интегрируя дифференциал работы от поверхности Земли до бесконечности получим

A = - g * R^2 * m (0 - 1/R), здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности), как и ранее

в итоге A = g * R * m = (9.81 * 6.371 *10^6 * 30 = 1,87 * 10^9) Дж.

одна смена знака интеграла возникает от перестановки пределов, а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное выражение есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 20:00
общий
И Вы считаете свой ответ решением задачи? Как Вы нашли конечную формулу? Что Вы в неё подставляли? Где у Вас в вычислениях фигурирует ускорение свободного падения, которое, согласно условию задачи, известно?
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
09.02.2012, 20:18
общий
Ок. Дополнительно:

Константы подписаны. ускорение свободного падения не используется, т.к. применяется интегрирование от F*dr с использованием формулы закона всемирного тяготения Ньютона (выражение для силы притяжения между двумя массивными телами).

F*dr = dA - дифференциал работы любой силы, в данном случае - силы притяжения.
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
09.02.2012, 20:22
общий
Адресаты:
с минусом согласен, при падении сила тяжести совершает положительную работу, а падает конечно же на поверхность земли, с чего впорос про центр?
интеграл изменяется до нуля т.к. изменяется переменная отвечающая за высоту, т.е. расстояние от поверхности земли до тела.
Об авторе:
to live is to die
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 20:22
общий

В условии задачи сказано: " Ускорение свободного падения g у поверхности Земли и ее радиус R считать известными". Поэтому приведите, пожалуйста, формулу, в которую входят эти величины и по которой Вы делали вычисления.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
09.02.2012, 20:23
общий
Адресаты:

Что будете изменять в ответе?
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
09.02.2012, 21:33
общий
сила, действующая на тело массой m у поверхности земли равна mg, с другой стороны по закону всемирного тяготения

mg = G*M*m/R^2, отсюда можно выразить G (кстати, справочную константу) G=g*R^2/M

тогда подставляя это выражение для G в ранее написанное мною выражение для дифференциала работы силы притяжения получим

dA = F * dr = G*M*m/r^2 *dr = g*R^2/M * M * m / r^2 *dr = g * R^2 * m / r^2 *dr

далее интегрируя дифференциал работы от поверхности Земли до бесконечности получим

A = - g * R^2 * m (0 - 1/R), здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности)

в итоге A = g * R * m = (9.81 * 6.371 *10^6 * 30 = 1,87 * 10^9) Дж (к сожалению, в предыдущий раз я ошибся на 2 порядка)
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 00:05
общий

Предлагаю Вам изложить окончательный текст Вашего ответа. Если он будет приемлемым, мы заменим им прежний ответ. Если нет, то посмотрим...
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
10.02.2012, 02:25
общий
это ответ
Здравствуйте, Посетитель - 383833!
Дано:
h=[$8734$]
m=30 кг
g=9/8 м/с2
R=6,4 106 м
G=6,67*10-11 Н*м2/кг2
-------------------------------------
А-?

Решение:
На тело действует сила всемирного тяготения равная:

где h - расстояние от поверхности земли до тела
Работа:


В нашем случае изменение высоты:
x1=[$8734$]
x2=0
тогда получается:

на поверхности земли
g=G*M/R2
M=g*R2/G
тогда работа:
А=m*g*R
подставим численные значения:
А=30кг*9,8м/с2*6,4 106 м=1,88*109Дж

Об авторе:
to live is to die
давно
Модератор
156417
2175
10.02.2012, 02:53
общий
Адресаты:
Приношу свои глубочайшие извинения. Ваш ответ в его финальном виде полностью соответствует условию задачи.
Причиной удаления ответа эксперта Alejandro послужил тот факт, что этот ответ не только не соответствовал заданию но и был однозначно списан из внешнего источника, вплоть до ошибки в тексте того решения, вызванной адаптацией "на скорую руку" решения другого задания.
Ваш ответ на момент поступления мне сообщения от Андрея Владимировича отличался от ответа Alejandro только отсутствием той самой ошибки, при этом имея идентичный ход решения и идентичную степень незавершённости, в следствие чего и был признан также подлежащим удалению. К сожалению, тот факт, что Вы довели решение до логического завершения, не был вовремя констатирован.

Пожалуйста, при решении задач и тем более при использовании сторонних решений проверяйте решение на предмет соответствия условию задачи во избежание подобных недоразумений. Надеюсь на дальнейшее плодотворное сотрудничество.
Неизвестный
10.02.2012, 07:53
общий
10.02.2012, 14:28
Работа

A = интеграл от R (радиус Земли) до бесконечности от силы притяжения по расстоянию
A = [$8747$]R[$8734$] F(r) dr

согласно закону всемирного тяготения Ньютона
F= G (гравитационная константа) * M (масса Земли)*m / квадрат расстояния

элементарная работа dA = F*dr = G*M*m/r^2 *dr
после интегрирования от радиуса Земли до бесконечности
с учетом того, что [$8747$]dr/r^2 = -1/r, а также что
возникает одна смена знака интеграла от перестановки пределов (метеорит движется из бесконечности,
поэтому пределы интегрирования "правильнее" установить от бесконечности до R-радиуса Земли),
а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное
выражение в действительности есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит
от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем
траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.

получаем
A = - G*M*m (0 - 1/R) = G*M*m/R (*) ,
здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности)

G = 6,67384(80)·10^-11 м?·с^?2·кг^?1, или Н·м?·кг^2
M = 5,9736·10^24 кг
R = 6 371,0 км

вычисляя работу по формуле (*) A = 1.87 * 10^9 Дж

Сила, действующая на тело массой m у поверхности земли равна mg,
по закону всемирного тяготения
mg = G*M*m/R^2,

отсюда можно выразить G (кстати, справочную константу) G=g*R^2/M

тогда подставляя это выражение для G в ранее написанное мною выражение для дифференциала работы силы притяжения получим

dA = F * dr = G*M*m/r^2 *dr = g*R^2/M * M * m / r^2 *dr = g * R^2 * m / r^2 *dr

далее интегрируя дифференциал работы от поверхности Земли до бесконечности получим

A = - g * R^2 * m (0 - 1/R), здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности), как и ранее

в итоге A = g * R * m = (9.81 * 6.371 *10^6 * 30 = 1,87 * 10^9) Дж
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 08:00
общий

Это текст Вашего ответа?
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 08:19
общий
10.02.2012, 09:39
Давайте так:
1) указывайте адресата своих сообщений в мини-форуме консультации, используя ниспадающее меню "Кому:";
2) не приводите, не принадлежащих мне высказываний (я ни на что не написал Вам "да").

Обратите внимание:
Цитата: 373780
Работа

A = интеграл от R (радиус Земли) до бесконечности от силы притяжения по расстоянию

согласно закону всемирного тяготения Ньютона
F= G (гравитационная константа) * M (масса Земли)*m / квадрат расстояния

элементарная работа dA = F*dr = G*M*m/r^2 *dr
после интегрирования от радиуса Земли до бесконечности получаем
A = G*M*m/R
G = 6,67384(80)·10^-11 м?·с^?2·кг^?1, или Н·м?·кг^2
M = 5,9736?10^24 кг
R = 6 371,0 км

итого A = 1.87 * 10^9 Дж

С другой стороны сила, действующая на тело массой m у поверхности земли равна mg, с другой стороны по закону всемирного тяготения
mg = G*M*m/R^2, отсюда можно выразить G (кстати, справочную константу) G=g*R^2/M

тогда подставляя это выражение для G в ранее написанное мною выражение для дифференциала работы силы притяжения получим

dA = F * dr = G*M*m/r^2 *dr = g*R^2/M * M * m / r^2 *dr = g * R^2 * m / r^2 *dr

далее интегрируя дифференциал работы от поверхности Земли до бесконечности получим

A = - g * R^2 * m (0 - 1/R), здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности)

в итоге A = g * R * m = (9.81 * 6.371 *10^6 * 30 = 1,87 * 10^9) Дж


Вы дважды повторили вычисление работы. Слово "итого" в данном случае не к месту. Дважды употребили словосочетание "с другой стороны". Об интегрировании написано нечётко. Почему Вы не приводите математическую формулу, где показаны пределы интегрирования и его результат? Разве Вы не имеете возможности использовать кнопочную панель? И самое главное (посмотрите мой ответ) - нужно указать, почему при интегрировании величина работы становится положительной (я дал ссылку на страницу в сети).

Поработайте ещё немного, пожалуйста.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
10.02.2012, 08:27
общий
Цитата: Гордиенко Андрей Владимирович
Разве Вы не имеете возможности использовать кнопочную панель?


а как мне увидеть, что будет в результате? вместо символа интеграла вставляется псевдокод(или тег) и в поле добавляемого сообщения не видно, как будет выглядеть результат.

пробами и ошибками? или есть превью для результатирующего сообщения.

Неизвестный
10.02.2012, 08:37
общий
Адресаты:
Цитата: Гордиенко Андрей Владимирович
Поработайте ещё немного, пожалуйста


отредактировал.
давно
Руководитель
1
1524
10.02.2012, 09:01
общий
Цитата: 373780
а как мне увидеть, что будет в результате? вместо символа интеграла вставляется псевдокод(или тег) и в поле добавляемого сообщения не видно, как будет выглядеть результат.

пробами и ошибками? или есть превью для результатирующего сообщения.
Есть превью (см. картинку)
Прикрепленные файлы:
864dad666cec922dce772f1fce0aa5e3.PNG
Об авторе:
Если не знаешь, что делать - делай шаг вперед.

Неизвестный
10.02.2012, 09:12
общий
Цитата: 5
Есть превью (см. картинку)


странно. у меня эта кнопка отсутствует. (использую chrome)
Неизвестный
10.02.2012, 09:14
общий
Цитата: 5
Есть превью (см. картинку)


в IE9 тоже нет кнопки
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 09:45
общий

И всё-таки...

Почему при определении работы Вы интегрируете от R до [$8734$]? Ведь метеорит начинает двигаться из бесконечно удалённой точки, а заканчивает движение на поверхности Земли. Не так надо обосновать перемену знака интеграла.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Модератор
156417
2175
10.02.2012, 10:06
общий
Предпросмотр есть при отправке ответа. В мини-форуме его нет.
Неизвестный
10.02.2012, 10:49
общий
Цитата: Гордиенко Андрей Владимирович
обосновать

Действительно одна смена знака интеграла возникает от перестановки пределов, а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное выражение есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 14:18
общий
10.02.2012, 14:21
Цитата: 373780
Действительно одна смена знака интеграла возникает от перестановки пределов, а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное выражение есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.

Эту фразу включаем в исправленный ответ? Всё-таки Вам следует яснее выражать свои мысли. Посетитель ничего не поймёт.

Давайте не будем менять пределы интегрирования, а объясним, почему перед интегралом необходимо поставить знак "минус".
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
10.02.2012, 14:22
общий
Адресаты:
Цитата: Гордиенко Андрей Владимирович
Эту фразу включаем в исправленный ответ?


включаю. спасибо за критику.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 15:48
общий

В таком случае Ваш ответ будет таким:

"A = интеграл от R (радиус Земли) до бесконечности от силы притяжения по расстоянию
A = [$8747$]R[$8734$] F(r) dr

согласно закону всемирного тяготения Ньютона
F= G (гравитационная константа) * M (масса Земли)*m / квадрат расстояния

элементарная работа dA = F*dr = G*M*m/r^2 *dr
после интегрирования от радиуса Земли до бесконечности
с учетом того, что [$8747$]dr/r^2 = -1/r, а также что
возникает одна смена знака интеграла от перестановки пределов (метеорит движется из бесконечности,
поэтому пределы интегрирования "правильнее" установить от бесконечности до R-радиуса Земли),
а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное
выражение в действительности есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит
от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем
траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли.

получаем
A = - G*M*m (0 - 1/R) = G*M*m/R (*) ,
здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности)

G = 6,67384(80)·10^-11 м?·с^?2·кг^?1, или Н·м?·кг^2
M = 5,9736·10^24 кг
R = 6 371,0 км

вычисляя работу по формуле (*) A = 1.87 * 10^9 Дж

Сила, действующая на тело массой m у поверхности земли равна mg,
по закону всемирного тяготения
mg = G*M*m/R^2,

отсюда можно выразить G (кстати, справочную константу) G=g*R^2/M

тогда подставляя это выражение для G в ранее написанное мною выражение для дифференциала работы силы притяжения получим

dA = F * dr = G*M*m/r^2 *dr = g*R^2/M * M * m / r^2 *dr = g * R^2 * m / r^2 *dr

далее интегрируя дифференциал работы от поверхности Земли до бесконечности получим

A = - g * R^2 * m (0 - 1/R), здесь 0 в скобках - это значение первообразной в верхнем пределе интеграла (в бесконечности), как и ранее

в итоге A = g * R * m = (9.81 * 6.371 *10^6 * 30 = 1,87 * 10^9) Дж.

одна смена знака интеграла возникает от перестановки пределов, а вторая изза противонаправленности силы и дифференциала перемещения, т.к. подинтегральное выражение есть скалярное произведение векторов силы и перемещения.
Гравитационная сила является потенциальной и ее работа не зависит от траектории, поэтому при интегрировании для удобства полагаем траекторию прямолинейной вдоль радиуса земли."

Я не стану больше править его, хотя работать есть над чем. Если Вы не против, я вставлю этот текст вместо Вашего прежнего ответа.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
10.02.2012, 15:49
общий

Кстати, всё-таки нужно убрать повтор с вычислением. Дайте сами окончательный вариант ответа...
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
10.02.2012, 20:18
общий
Адресаты:
Цитата: Гордиенко Андрей Владимирович
Если Вы не против, я вставлю этот текст вместо Вашего прежнего ответа


я не против. спасибо.
Форма ответа