问题 计算题

A、B两行星在同一平面内绕同一恒星做匀速圆周运动,运行方向相同,A的轨道半径为r1,B 的轨道半径为r2,已知恒星质量为M,恒星对行星的引力远大于行星间的引力,两行星的轨道半径r1<r2.若在某一时刻两行星相距最近,试求:

(1)再经过多长时间两行星距离又最近?

(2)再经过多长时间两行星距离最远?

答案

解:

(1)A、B两行星在如图所示的位置时距离最近,这时A、B两行星与恒星在同一条圆半径上.A、B运动方向相同.A 更靠近恒星,A的转动角速度大、周期短如果经过时间t,A、B两行星分别与恒星连线的半径转过的角度相差2π的整数倍,则A、B与恒星又位于同一条圆半径上,两行星距离又最近。

设A、B两行星的角速度分别为ω1、ω2,经过时间t,A转过的角度为ω1t,B转过的角度为ω2t.A、B两行星距离最近的条件是:ω1t-ω2t=n·2π (n=1,2,3,…),恒星对行星的引力提供向心力,则

,即

由此得出

求得

(2)如果经过时间t',A、B两行星分别与恒星连线的半径转过的角度相差π的奇数倍,则A、B与恒星位于同一条直径上,两行星距离最远.

如果经过时间t',A、B转过的角度相差π的奇数倍时,则 A、B相距最远,即:

ω1t'-ω2t'=(2k-1)π (k=1,2,3,…),

单项选择题
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