• ベストアンサー

万有引力の問題

ElectricGamoの回答

  • ベストアンサー
回答No.1

次の箇所を直して再計算されれば、上に書かれた解法でよいはずです。 V=√(GM/R) (運動エネルギーの変化)=d(1/2*m*V^2)=m*V*dV (位置エネルギーの変化)=d(-G*m*M/R)=G*m*M/R^2*dR (角運動量の変化)=d(m*V*R)=m*dV*R+m*V*dR

saboten231
質問者

お礼

参考になりました。 どうもありがとうございました。

saboten231
質問者

補足

・(運動エネルギーの変化=K)+(位置エネルギーの変化=U)=-dW(dW>0なので) ・V=√(GM/R)の両辺をtで微分すると,2*V*dV=-G*M*dR/R^2 上記の二つの関係を用いて計算すると、 dK=dW,dU=-2dW になったんですが、これでいいんでしょうか?

関連するQ&A

  • 万有引力の難しい問題です 教えてください

    物理の難しい問題がよくわかりません 詳しく解説していただきたいです 半径r[m]の円軌道上を、質量2m「kg]の衛星が速さv0(一定)でまわっている。 中心にある天体の質量をM[kg]、万有引力定数をGとして、以下の問題に答えよ。 (1)v0の大きさ、衛星の公転周期をそれぞれ、r,M,Gを使って表せ。 あるとき、衛星が質量がそれぞれm[kg]の衛星Aと衛星Bに分裂した。このとき衛星の運動のむきに変化はなく、衛星Aは加速し、衛星Bは減速した。また、分裂直後のAとBの相対速度の大きさはvであった。 (2)分裂直後のAとBの速さvA[m/s]とvB[m/s]を運動量保存則から、v,v0を使って表せ。 (3)分裂に必要なエネルギーをm,vを使って表せ。 (4)衛星Aが無限遠に飛び去ってしまう最小の相対速度の大きさvA'をv0のみ使って表せ。 (5)衛星Aが遠星点がR[m]の楕円軌道を描くとき、遠星点での速さvRをR,r,vAを使って表せ。 よろしくお願いします

  • 物理の万有引力についての質問です

    物理の万有引力の質問です。問2までは解けたのですが、問3から問5まで分からず困っています。どなたか解ける方がいらっしゃいましたら、教えていただきたいです。よろしくお願いします。 〈問題〉 図1のように地上から、質量mの衛星を打ち上げて軌道に乗せることを考える。ただし、地球は点Oを中心とする密度一様な球体とし、地球の半径をR,地球の質量をM、万有引力定数をGとする。また、地球の自転による効果については考慮しない。 問1 地上での重力加速度の大きさをR, M, Gを用いて表しなさい。 mg=GMm/R^2 g=GM/R^2 問2 衛星を地上より鉛直上向きに速さ Voで打ち上げて,地球の中心から 2R の点Aに達した時に速さが0になった。この時の速さVoを求めなさい。 力学的エネルギー保存則より、 1/2mv0^2-GMm/R=0-GMm/2R 1/2mv0^2 =-GMm/2R +GMm/R          =GMm/2R mv0^2=GMm/R v0^2=GM/R v0=√GM/R 問1より、GM=gR^2より、v0=√gR 問3 衛星が点Aに速さ0で達した直後,OAに垂直な方向に速さ VAに加速して、点Aから地球の中心を通る延長線上の OB = 6R となる点Bに到着した。この時の速さVA,及び、点Bに到着した時の速さ VBを求めなさい。 間4 衛星が点Bに達した直後,速さ Vcに加速して地球に対し半径 6Rの等速円運動をさせる。その時の速さ Vcと公転周期Tcを求めなさい。 問5 地球に対し半径 6R の等速円運動をしている衛星の運動エネルギーKを用いて、この衛星がもつ力学的エネルギーを表しなさい。ただし、万有引力による位置エネルギーの基準点は無限遠とする。

  • 【万有引力】

    【万有引力】 地球の半径をR、地表での加速度をg、物体の質量をmとする。次の問いに答えよ。 無限遠での物体の位置エネルギーを0とし、地球の中心から距離rの点での位置エネルギーをgを使って表せ。 地表の話じゃないのにどうしてgが出てくるのでしょうか? よろしくお願いします。

  • 万有引力に関する問題

    万有引力に関する問題で 質量M、半径Rの一様な球殻(中は空洞)の中心から、距離rだけ離れたところにある質量mに働く万有引力は F=-G(Mm/r^2) (r>Rのとき)    0         (r<Rのとき) であることを示せ(注:ポテンシャルエネルギーUを先に計算し、f=-dU/drから求める方が簡単)。 とあるのですが、どう記述してよいかわかりません(><)。 注意書きを見ても、そもそも万有引力を定義したうえでポテンシャルエネルギーが導かれるものでは?と悩んでしまい、うまく使えません...... さらに、万有引力自体は実験的な式で数学的に証明することもできず、完全に手詰まりになってしまいました(;;) もしいい案があれば解答いただけるとありがたいです!

  • 万有引力に関する問題について

    問題が解けないということではないのですが,解法や問題の解の解釈がうまく出来ないので質問させていただきました。 以下問 地球の中心からrだけ離れた地点で地球に向かってv0の速度で動いている隕石がある。この隕石が地表に落ちてくる時の速度vを求めよ。ただし,地球以外天体の影響および空気抵抗は無視する。地球の半径をR、地球の質量をM、万有引力定数をGとする。 質問一つ目 エネルギー保存則を使えば解ける問題と言うのは分かるのですが,運動方程式から導出した微分方程式では解けないのでしょうか?以下のように速度に関する微分方程式を求めたところまではやってみたのですが、その後の変数分離の仕方が分かりません d(dr/dt)/dt = GM/r^2 dr/dt = GM/r^2*t + v0 質問二つ目 この問題の解が√(v0^2+2GM(1/R-1/r))なのですが,この解ですと地表に近づくほど隕石の速度が終末速度v0になるまで落ちてしまいます。実際にこういうことが起こるのでしょうか?だとしたらなぜなのでしょうか?地表に落下してくる物体が減速していくというのがいまいち納得がいかないのですが・・・ 質問三つ目 この問題に関してではないのですが,万有引力などの保存力を議論する際になぜ無限遠方を基準とするのでしょうか?数学的には解の発散を避けるためであると言うのは分かるのですが,物理的な現象としてイメージがいまいち掴めません。 どなたかよろしければご教授ください。

  • 万有引力と重力加速度から得られる式について

    Gは万有引力定数、Mは地球の質量、gは重力加速度(地表での)、Rは地球の半径 GM=gR^2 という変換公式がありますがそもそも地表での万有引力と重力が等しいというところから求めたのだから地表以外では代入できないということですよね? この式を問題集では地表から高さhの位置を等速円運動している物体に平気で代入しているのはなぜですか?それなら宇宙全体どこでも地球への重力加速度は一定となりませんか? じぶんの考えではg=Gm/(R+h)^2でR+hの点での重力加速度が求められ、代入するならGM=g(R+h)^2でがスジが通るのでは?と思っています。なぜなのか教えて下さい

  • 物理IIの万有引力のところの問題

    問題:質量mの物体が地上から十分に高い高さhから自由落下するとき、地上に衝突する直前の速さはいくらになるか。ただし、地球の半径をR、地上での重力加速度の大きさをgとする。また、大気の影響は無視せよ。 この問題の解き方がわかりません。 自分で考えたのは 力学的エネルギーの保存を用いて、運動エネルギーと万有引力による位置エネルギーの和が変化なし、という式をたててみたのですが、答えが回答とあいません。 考え方が間違っているのでしょうか? 本来の答えは√((2ghR)/(R+h))となっており、自分の出した答えは問題文に与えられていないGを使っていて、さらには二重根号まで出てきます(>_<) どなたか、解き方を教えてください(;_;)/~~~

  • 力学の問題について

    力学の問題が全く解けなくて困っています!!どうかお願いします!! (1)質量Mの球対称の惑星の周りを円軌道で周回する質量mの人工衛星の公転角速度の大きさωを、軌道半径rの関数として求めよ。ただし、惑星に固定した座標系を慣性系とみなしてよいとする。また、人工衛星の高度での大気は希薄であり、公転角速度の値への影響は無視してよいとする。 (2)惑星の中心から見た人工衛星の角運動量の大きさを求めよ。 (3)人工衛星の運動エネルギーと位置エネルギー、および力学的エネルギーを求めよ。それらの比がどうなっているか調べよ。ただし位置エネルギーは無限遠を基準にとる。 (4)大気は希薄であるが、人工衛星の運動方向と逆向きに抵抗力を及ぼすとしよう。人工衛星の軌道は近似的に円軌道を保つが、軌道半径は徐々に変化する。角運動量の大きさ、軌道半径、運動エネルギー、位置エネルギー、力学的エネルギー、および速さのそれぞれは増加するか減少するか答えよ。ただし大気の慣性系に対する速度は、人工衛星の速度に比べて無視できるほど小さいとする。 問題が多いのですが、わかるところだけでももちろんいいので本当によろしくお願いいたします!!!

  • 万有引力の問題について

    大学で力学えお履修している大学1年です。万有引力を今、学習しているんですがわからない問題があるんで質問させてもらいます。 問題は 「ハレー彗星は太陽を焦点とする楕円運動をしている。一方地球は太陽のまわりを円運動しているとみなすことができる。次の2つのことが観測でわかっている。 1、ハレー彗星の近日点での速さは、地球の速さvの1.81倍である。 2、ハレー彗星の近日点と太陽の間の距離は地球と太陽の間の距離Rの0.6倍である。 (a)ハレー彗星の遠日点での速さをVa、太陽から遠日点までの距離を0.6Rx(近日点までの距離のx倍)とおく。近日点と遠日点で面積速度が一定となることをあらわす式(ケプラーの第2法則)を書け。 (b)近日点と遠日点で力学的エネルギーが一定となることをあらわす式(力学的エネルギー保存則)を書け。ただい、ハレー彗星の質量m、太陽の質量M、万有引力定数G   」 が以上です。 特に面積速度が一定となることをあらわす式っていうことがいまいちわかりません

  • 万有引力の問題わからない問題があります。

    万有引力の問題わからない問題があります。 問題は 無重力空間で質量Mの2つの物体が距離R離れて静止しています。このときをt=0とする。2物体間には万有引力しか働いてないとして、お互いに引き合って衝突するまでにようする時間tを求めると、t=(2/3)√Rの三乗/2GMになることを示せ。ただし、Gは重力定数である。 できれば高校生でもわかりやすくお願いします。