Естественные науки

Физика задача(механич энергия)

Известно, что на небольшое тело массы m со стороны Земли массы M и радиуса R действует сила притяжения G∙m∙M/x2 (причем x>R). Здесь x – расстояние от центра Земли до тела. С высоты H = R из со-стояния покоя падает небольшое тело. Найдите работу силы притяжения на этом пути. Помогите пожалуйста решить.
Средняя сила в неоднородном потенуциальном поле (поле тяготения) вычисляется не как полусумма, а, вообще говоря, через интеграл от силы. То есть "честно".
Но тут этого и не надо - достаточно воспользоваться тем фактом, что гравитационное поле - потенциальное поле. Значит, работа, которая совершается при перемещении из точки R+H в точку R, попросту равна разности потенциалов этих точек. А гравитационный потенциал равен -GM/r (r - расстояние до центра Земли, М - масса Земли) . Так что вся работа будет GM*[1/R - 1/(R+H)]. И это вовсе не три четверти...
ВБ
Владимир Близнецов
69 676
Лучший ответ
Никакой силы притяжения нет — неправильный термин. Есть сила тяжести и сила тяготения. Они совпадают на полюсах и отличаются на 1,5 грамма массы на 1 кг массы на экваторе.

В задаче работает сила тяготения, превращая потенциальную энергию небольшого тела в поле тяготения (гравитации) Земли в его кинетическую энергию. Считаем, что высота H отсчитывается от поверхности Земли, а не от ее центра. Либо находим, либо берем экспериментальное значение напряжённости гравитационного поля g на поверхности Земли (в школе его называют ускорением свободного падения) . Она равна в среднем 9,81 м/с/с.

Остается найти такую напряженность на высоте H = R от Земли. Как только ее найдем, сразу определится и совершенная работа — прям как в электростатике.

Поскольку напряженность обратнопропорциональна расстоянию, на высоте H она будет половиной от той, что на поверхности (R + H = 2R), а средняя на пути падения (g + g/2)/2 = 0,75g.

Для расчета силы надо напряженность умножить на массу и всё это на путь, чтобы рассчитать работу.

Ответ: 0,75 * g * m * H или 0,75mgH.