Присоединиться

Физика·Динамика·9–10 класс

На какой высоте над Землёй ускорение свободного падения в 4 раза меньше, чем у поверхности

Условие

Радиус Земли принять равным 6400 км, а ускорение свободного падения у её поверхности — 10 м/с². На какой высоте над поверхностью Земли ускорение свободного падения станет в 4 раза меньше? Какая сила тяготения действует на этой высоте на спутник массой 200 кг?

Ответ

h = 6400 км (один земной радиус); F = 500 Н

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Закон всемирного тяготения и «g» на расстоянии

    Сила тяготения на тело массой mm, находящееся на расстоянии rr от центра Земли, равна F=GMmr2F = G\dfrac{Mm}{r^2}, поэтому ускорение свободного падения там gr=GMr2g_r = \dfrac{GM}{r^2}. У поверхности g0=GMR2g_0 = \dfrac{GM}{R^2}. Главное: расстояние отсчитывается от центра планеты, то есть r=R+hr = R + h.

  2. Шаг 2. Составляем отношение

    Постоянные GG и MM сокращаются: ghg0=R2(R+h)2\dfrac{g_h}{g_0} = \dfrac{R^2}{(R+h)^2}. По условию ghg0=14\dfrac{g_h}{g_0} = \dfrac{1}{4}, значит R2(R+h)2=14\dfrac{R^2}{(R+h)^2} = \dfrac{1}{4}. Дальше остаётся решить это уравнение относительно hh, и обратите внимание: расстояние входит в квадрате, поэтому без извлечения корня не обойтись.

Осталось ещё 2 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Находим высоту
  • Шаг 4. Сила тяготения на спутник
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Отвечают h=4Rh = 4R или h=R/4h = R/4: множитель 4 в ускорении даёт множитель 2 в расстоянии, потому что оно входит в квадрате.

  • Подставляют в формулу высоту hh вместо расстояния от центра R+hR + h.

  • Считают, что на такой высоте наступает невесомость: сила тяготения там всего вчетверо меньше, а невесомость на орбите возникает из-за свободного падения корабля, а не из-за исчезновения притяжения.

Другие задачи по теме «Динамика»