Bài tập  /  Bài đang cần trả lời

Trong một quả cầu đặc đồng chất, bán kính R, người ta khoét một lỗ hình cầu có bán kính R/2. Tìm lực tác dụng đặt lên vật m nhỏ cách tâm quả cầu một khoảng d. Biết khi chưa khoét, quả cầu có khối lượng M

Trong một quả cầu đặc đồng chất, bán kính R, người ta khoét một lỗ hình cầu có bán kính R/2. Tìm lực tác dụng đặt lên vật m nhỏ cách tâm quả cầu một khoảng d. Biết khi chưa khoét, quả cầu có khối lượng M
1 Xem trả lời
Hỏi chi tiết
70
Tham khảo câu trả lời từ Trợ lý ảo Lazi
Để tìm lực tác dụng lên một vật nhỏ có khối lượng \( m \) nằm cách tâm của quả cầu đồng chất một khoảng \( d \), chúng ta cần tính toán tác động của lực hấp dẫn từ quảng cầu sau khi đã khoét lỗ hình cầu có bán kính \( \frac{R}{2} \).

### Bước 1: Tính khối lượng của quả cầu trước và sau khi khoét lỗ
- Khối lượng của quả cầu ban đầu là \( M \).
- Thể tích của quả cầu ban đầu có bán kính \( R \) là:
\[
V = \frac{4}{3} \pi R^3
\]
- Mật độ của quả cầu là:
\[
\rho = \frac{M}{V} = \frac{M}{\frac{4}{3} \pi R^3} = \frac{3M}{4\pi R^3}
\]

- Thể tích của lỗ khoét hình cầu có bán kính \( \frac{R}{2} \):
\[
V_{\text{lỗ}} = \frac{4}{3} \pi \left(\frac{R}{2}\right)^3 = \frac{4}{3} \pi \frac{R^3}{8} = \frac{1}{6} \pi R^3
\]
- Khối lượng của phần bị khoét ra là:
\[
M_{\text{lỗ}} = \rho V_{\text{lỗ}} = \frac{3M}{4\pi R^3} \cdot \frac{1}{6} \pi R^3 = \frac{M}{8}
\]

- Khối lượng của quả cầu sau khi khoét lỗ là:
\[
M' = M - M_{\text{lỗ}} = M - \frac{M}{8} = \frac{7M}{8}
\]

### Bước 2: Tính lực tác dụng lên vật \( m \)
- Khi tính lực tác dụng lên vật \( m \), ta cần lưu ý rằng theo định luật hấp dẫn, cường độ lực hấp dẫn tại một điểm bên trong quả cầu đồng chất sẽ chỉ do phần khối lượng bên trong bán kính đến điểm đó gây ra (theo định lý Shell).

**Trường hợp 1: \( d < R/2 \)** (nghĩa là vật \( m \) nằm trong vùng không có lỗ):
- Khối lượng tác dụng là \( M_{d} = \rho \cdot \frac{4}{3}\pi d^3 \) trong bán kính \( d \):
\[
M_{d} = \frac{3M}{4\pi R^3} \cdot \frac{4}{3}\pi (d^3) = \frac{M d^3}{R^3}
\]

- Lực hấp dẫn tác dụng lên vật nằm trong bán kính \( d \) là:
\[
F = G \cdot \frac{M_{d} m}{d^2} = \frac{G \cdot \frac{M d^3}{R^3} \cdot m}{d^2} = \frac{G \cdot M \cdot m \cdot d}{R^3}
\]

**Trường hợp 2: \( R/2 < d < R \)** (nghĩa là vật \( m \) nằm bên ngoài lỗ):
- Khối lượng tác dụng và lực hấp dẫn do khối cầu đã khoét phần lỗ sẽ:
\(
F = G \cdot \frac{M' m}{d^2} = G \cdot \frac{\frac{7M}{8} m}{d^2} = \frac{7G M m}{8 d^2}
\)

### Kết luận
- Nếu \( d < R/2 \):
\[
F = \frac{G M m d}{R^3}
\]
- Nếu \( R/2 < d < R \):
\[
F = \frac{7G M m}{8 d^2}
\]

Đó là các lực tác dụng lên vật \( m \) tùy thuộc vào khoảng cách \( d \) từ tâm của quả cầu.
1
0
Nguyễn Trung Sơn
31/10 23:52:21
+5đ tặng

Mở khóa để xem toàn bộ nội dung trả lời

(?)
Bạn đã đạt đến giới hạn của mình. Bằng cách Đăng ký tài khoản, bạn có thể xem toàn bộ nội dung trả lời
Cải thiện điểm số của bạn bằng cách đăng ký tài khoản Lazi.
Xem toàn bộ các câu trả lời, chat trực tiếp 1:1 với đội ngũ Gia sư Lazi bằng cách Đăng nhập tài khoản ngay bây giờ
Tôi đã có tài khoản? Đăng nhập

Bạn hỏi - Lazi trả lời

Bạn muốn biết điều gì?

GỬI CÂU HỎI
Học tập không giới hạn cùng học sinh cả nước và AI, sôi động, tích cực, trải nghiệm

Hôm nay bạn thế nào? Hãy nhấp vào một lựa chọn, nếu may mắn bạn sẽ được tặng 50.000 xu từ Lazi

Vui Buồn Bình thường
×
Trợ lý ảo Trợ lý ảo
×
Đấu trường tri thức | Lazi Quiz Challenge +500k
Gửi câu hỏi
×