На экваторе некоторой планеты тело весит вдвое меньше, чем на полюсе. Плотность вещества этой планеты 3 г/см3. Определите период вращения планеты вокруг своей оси.
от

1 Ответ

дано:  
- вес тела на экваторе W_экватор = 1/2 * W_полюс  
- плотность вещества планеты ρ = 3 г/см^3 = 3000 кг/m^3  

найти:  
период вращения планеты T  

решение:  

1. На полюсе вес тела определяется только силой тяжести:  
   W_полюс = m * g  

2. На экваторе вес тела будет определяться как:  
   W_экватор = m * (g - a), где a - центробежное ускорение.  

3. Так как W_экватор = 1/2 * W_полюс, запишем уравнение:  
   m * (g - a) = 1/2 * m * g  
   Упростим:  
   g - a = 1/2 * g  
   a = g/2  

4. Центробежное ускорение на экваторе рассчитывается по формуле:  
   a = ω² * R,  
   где ω - угловая скорость, R - радиус планеты.  

5. Подставим значение для а:  
   g/2 = ω² * R  
   ω² = g / (2 * R)  

6. Теперь найдём радиус планеты. Для этого используем среднюю плотность:  
   M = V * ρ,  
   где V - объём планеты, R - радиус планеты.

   Объём сферы: V = (4/3) * π * R³

   Масса планеты:  
   M = (4/3) * π * R³ * ρ

7. Учитывая, что сила тяжести определяется как g = G * M / R²,  
   подставим M:
   g = G * ((4/3) * π * R³ * ρ) / R²  
   g = (4/3) * π * G * ρ * R  

8. Выразим R через g и другие известные величины:
   R = (3g) / (4πGρ)

9. Подставим это значение в уравнение для угловой скорости:  
   ω² = g / (2 * R)  
   ω² = g / (2 * [(3g) / (4πGρ)])  
   ω² = (4πGρ) / 6  
   ω = √((4πGρ) / 6)

10. Период вращения T связан с угловой скоростью ω:  
    T = 2π / ω  

11. Подставив выражение для ω:
    T = 2π / √((4πGρ) / 6)  
    T = 2π * √(6 / (4πGρ))  

12. Подставим значения:
    G ≈ 6.674 × 10^-11 Н·м²/кг²  
    ρ = 3000 кг/m³  
    T = 2π * √(6 / (4π * 6.674 × 10^-11 * 3000))  

13. Рассчитаем:
    4π * 6.674 × 10^-11 * 3000 ≈ 2.511 × 10^-7  
    T ≈ 2π * √(6 / (2.511 × 10^-7))

14. Примерно:
    T ≈ 2π * √(23941164.51)
    T ≈ 2π * 4897.7
    T ≈ 30776.71 секунд

ответ:  
Период вращения планеты около 30776.71 секунд.
от