一个质量很大、半径很小的球体高速旋转会有什么物理现象

条件:质量很大,半径很小,极限状态就是一个有很大质量的点 。如果是点的话,没有半径,很多物理量没法计算 。所以,在本问题中,我们假设是有半径的 。

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根据上述假设,本问题就是质量和半径的问题,也可以说成是质量的分布问题 。
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转动惯量转动惯量定义式如下,显然转动惯量与质量的分布有关 。质量分布的越远,转动惯量越大,表示物体越不容易发生转动状态的改变 。
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下图是几种常见物体的转动惯量计算式 。
根据转动惯量的定义,显然半径对转动惯量的贡献更大 。所以对于本问题,虽然质量很大,但是如果半径非常小接近于零,那么本问题的转动惯量也是接近于零 。也就是说,这个物体快速转动的时候,其实是非常容易停止下来的 。
惯性惯性直接与质量有关,质量越大,惯性越大,物体运动状态改变越难 。这里的惯性与转动惯量类似,但是又有区别 。转动惯量专指转动的惯性,而这里的惯性更广,可以转动,也可以平动,一般来讲是平动 。
对于本问题,质量很大的小球,其惯性很大,如果小球在旋转的同时,又有曲线运动,那么该曲线运动很难通过外力发生很快的改变 。
动能假设小球是定轴转动,不发生平动 。其动能表达式:
动能的表达式与转动惯量和角速度的平方有关 。所以,对于本问题,尽管转动惯量的值不是很大,但是如果转速特别块,其动能还是非常可观的 。
还有其他一些物理参数,比如动量矩等等,定轴转动情况下都与转动惯量有关,读者可以自行根据这些物理量的定义式来判断这个大质量小球的运动状态 。
地球自转会产生离心力,那么同一物体在两极与赤道的重量一样吗△同一物体,在地球两极的重量大于在赤道上的重量,约成190与189之比 。
所谓重量,即物体所受的重力 。重力等于物体质量与重力加速度的乘积 。物体的质量是一定的 。重力加速度,在地球上不同的地方,有微小的差别,在赤道为9.780,在北极为9.832,在北京为9.801,单位米每秒每秒 。
△地球上的质点,都受到地球的引力,通常也受到地球自转所产生的惯性离心力 。这两个力的方向和大小是不相同的 。这两个力的合力就是重力 。
△物体所受的地球引力,为万有引力 。表达式为F=GMm/rr,其中G为引力常数,等于6.67乘以10的负11次方,单位牛.平方米/平方千克;M、m分别表示地球和物体的质量,单位千克;r表示物体与地球质心的距离,单位米;地球引力F的单位为牛 。
因为地球和某物体的质量都是一定的,所以,该物体所受的地球引力,与到地球质心距离的平方成反比 。
地球是椭球体 。地球极半径为6356.755千米,赤道半径为6378.160千米 。可见,同一物体在两极所受的地球引力,比在赤道上大 。在相同的海拔高度上,物体所处的地理纬度越高,所受到的地球引力越大 。但这种差别不大 。
△由于地球自转,物体受到的惯性离心力,表达式为F=mⅤⅤ/r,
v为圆周运动的线速度,单位米每秒;r为圆周半径,即所在纬线的半径,单位米;线速度等于角速度与纬线半径的乘积 。
物体随地球自转所作的圆周运动,在不同纬度,角速度相同,而线速度不同 。赤道是纬线中weiyi的大圆,所以,物体在赤道上的惯性离心力最大 。而两极的惯性离心力为0 。


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