yyy_fcz 发表于 2012-6-20 20:53:44

求二球时间和距离关系的函数式

同事们在办公室讨论的一道题,不会做,到这里来请教高手。
两个球M1和M2相距L,在没有任何外力的情况下会因为万有引力相互靠拢,最后碰撞,再弹开,再慢慢减速,在相互靠拢。
(1)求第一次碰撞前的时间t与两球距离l的函数式。
(2)求任意时刻t与两球距离的函数式。

wayne 发表于 2012-6-20 21:27:22

1# yyy_fcz
球多大?
这跟数量级有关的。
2个公大象如果没有外力的话,是不会吸引的。

yyy_fcz 发表于 2012-6-20 21:43:08

就M1和M2吧,在一个没有人任何外力的空间中,只有两个球的吸引力。应该是一个最简单的二体问题吧。

wayne 发表于 2012-6-20 22:07:41

3# yyy_fcz
碰撞有能量损失吗?
另外,球的半径呢?

yyy_fcz 发表于 2012-6-21 08:39:43

假设是正碰吧,没有能量损失。球的半径分别为r1和r2,r1+r2<l。

wayne 发表于 2012-6-21 09:24:42

5# yyy_fcz
同事,办公室,呃,楼主参加工作了怎么还讨论物理题啊?

wayne 发表于 2012-6-21 12:46:25

微分方程:
{dl}/\sqrt{1/l-1/L} =+-\sqrt(2G(M_1+M_2))dt
左边的积分貌似挺复杂的。
用软件算了一下,是:
$-\frac{L^{\frac{3}{2}}}{2}ArcTan\frac{L-2 l}{2 \sqrt{(L-l)l}}-\sqrt{Ll(L-l)} $

yyy_fcz 发表于 2012-6-21 21:06:00

呵呵,谢谢!有详细的推导过程么?
办公室比较清闲的时候,大家都爱讨论些数学和物理话题。

wayne 发表于 2012-6-24 13:55:04

8# yyy_fcz
设在第一次碰撞之前,两球分别经过的距离为x,y,相距l.
则x+y= L-l    (1)
根据动量守恒得到:M1*v1=M2*v2   积分得到   M1*x=M2*y.(2)
解得
x= {M2*(L-l)}/{M1+M2}
y= {M1*(L-l)}/{M1+M2}
由牛顿第二定理得到M1* x''(t) = {GM1*M2}/l^2
即:   -{M1*M2* l''(t) }/{M1+M2}= {GM1*M2}/l^2
即得微分方程: l''(t) =-{G(M1+M2)}/l^2
分离变量,继而得到楼上的形式

yyy_fcz 发表于 2012-6-24 19:34:22

谢谢!
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