Определите среднюю плотность планеты, если период её вращения вокруг своей оси равен 3 • 10^4 с, а вес тела на экваторе составляет 97 % от веса этого же тела на полюсе.
от

1 Ответ

дано:
- период вращения T = 3 * 10^4 с
- вес тела на экваторе составляет 97 % от веса этого же тела на полюсе, то есть P(экв) = 0.97 * P(пол)

найти:
среднюю плотность планеты ρ.

решение:

1. Обозначим g(экв) - ускорение свободного падения на экваторе, g(пол) - ускорение свободного падения на полюсе.

2. По условию имеем:

g(экв) = 0.97 * g(пол).

3. Ускорение свободного падения на экваторе можно выразить как:

g(экв) = G * M / R² - a_c,

где a_c - центростремительное ускорение на экваторе.

4. Центростремительное ускорение a_c определяется как:

a_c = (4 * π² * R) / T².

5. Подставим a_c в формулу для g(экв):

g(экв) = G * M / R² - (4 * π² * R) / T².

6. На полюсе ускорение свободного падения определяется только гравитацией:

g(пол) = G * M / R².

7. Теперь подставим g(экв) и g(пол) в равенство:

G * M / R² - (4 * π² * R) / T² = 0.97 * (G * M / R²).

8. Упрощаем уравнение:

G * M / R² - 0.97 * (G * M / R²) = (4 * π² * R) / T².

9. Перепишем это в более удобной форме:

(1 - 0.97) * (G * M / R²) = (4 * π² * R) / T².

10. Упростим:

0.03 * (G * M / R²) = (4 * π² * R) / T².

11. Теперь выразим G * M / R²:

G * M / R² = (4 * π² * R) / (0.03 * T²).

12. Средняя плотность планеты ρ выражается через массу M и объем V:

ρ = M / V, где V = (4/3) * π * R³.

13. Подставляя V в формулу для плотности, получаем:

ρ = M / ((4/3) * π * R³).

14. Применяя G * M = ρ * (4/3) * π * R³, подставим в уравнение для G * M / R²:

(ρ * (4/3) * π * R³) / R² = (4 * π² * R) / (0.03 * T²).

15. Упростим уравнение:

(ρ * (4/3) * π * R) = (4 * π²) / (0.03 * T²).

16. Разделим обе стороны на (4/3) * π:

ρ = (4 * π²) / (0.03 * T² * (3/4) * π),

17. Упростим:

ρ = (4 * π) / (0.03 * T²).

18. Подставим значение T:

T = 3 * 10^4 с.

19. Получим:

ρ = (4 * π) / (0.03 * (3 * 10^4)²).

20. Посчитаем численно:

ρ ≈ (4 * 3.14) / (0.03 * 9 * 10^8) ≈ 0.418 / (2.7 * 10^7) ≈ 1.55 * 10^-8.

ответ:
Средняя плотность планеты приблизительно равна 1.55 * 10^-8 кг/м³.
от