В свинцовом шаре радиусом R сделана сферическая полость, поверхность которой касается поверхности шара и проходит через его центр. Масса шара М. С какой силой свинцовый шар будет притягивать шарик массой т, находящийся на расстоянии d > R от центра свинцового шара на прямой, соединяющей центры шара и полости, со стороны полости?
от

1 Ответ

дано:  
- радиус свинцового шара R  
- масса свинцового шара M  
- масса шарика m  
- расстояние от центра свинцового шара до шарика d > R  

найти:  
сила F, с которой свинцовый шар будет притягивать шарик  

решение:  

1. По теореме о сферической симметрии, внешнее поле тела можно считать таким же, как если бы вся масса находилась в его центре. Поскольку полость не имеет массы, влияние ее можно учесть как "вычитание" массы из всего шара.

2. Эффективная масса свинцового шара, которая влияет на шарик, равна (M - М_п), где М_п - масса эквивалентной полости.

3. Полость находится в центре шара и занимает половину объема свинцового шара. Объем свинцового шара V_шар = (4/3) * π * R³. Если предположить, что полость также является сферой радиуса R/2, то объем полости V_п = (4/3) * π * (R/2)³ = (1/6) * π * R³.

4. Для расчета массы полости используем плотность свинца ρ.
   Масса полости:
   M_п = ρ * V_п = ρ * (1/6) * π * R³.

5. Общая масса свинцового шара, действующая на шарик с учетом полости:
   M_eff = M - M_п = M - (ρ * (1/6) * π * R³).

6. Сила притяжения между свинцовым шаром и шариком массой m определяется законом всемирного тяготения:
   F = G * (M_eff * m) / d²,
   где G - гравитационная постоянная, G ≈ 6.674 × 10^-11 Н·м²/кг².

7. Подставим значение M_eff в уравнение для силы:
   F = G * ((M - (ρ * (1/6) * π * R³)) * m) / d².

8. Теперь подставляем известные значения, чтобы получить окончательную формулу для силы F.

ответ:  
Сила притяжения свинцового шара к шарик м составляет F = G * ((M - (ρ * (1/6) * π * R³)) * m) / d².
от