问题 问答题

质量为m的三个相同的质点,分别位于边长为L的等边三角形的三个顶点上,他们彼此间在相互之间的万有引力作用下,沿等边三角形的外接圆做匀速圆周运动,运动中三个质点始终保持在等边三角形的三个顶点上,求各个质点运动的角速度.

答案

如图1所示,A、B、C表示三个质点的位置,O点为该等边三角形的外接圆圆心,设各质点做匀速圆周运动的轨道半径为R,角速度为ω;

由几何关系得到,R=

L
2cos300
=
3
L
3
    (1)

由向心力公式知:F=mω2R                    (2)

其中任意一质点(如C点)做圆周运动所需的向心力,均由其它两质点对它的万有引力的合力提供,由图2可知:F=2FACcos30° (3)

由万有引力定律得:FAB=FBC=FAC=

Gm2
L2
    (4)

由(1)(2)(3)(4)式解得质点运动的角速度为:ω=

3Gm
L3

故各个质点运动的角速度均为

3Gm
L3

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