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zhf:牛頓力學推導黑洞半徑討論
送交者: 俠行天涯 2016年03月09日09:54:37 於 [靈機一動] 發送悄悄話
牛頓力學推導黑洞半徑
牛頓力學容許“有質量”的粒子可以以光速運動。“黑洞”特點:光速物體也不能逃逸出黑洞的萬有引力束縛。一個大質量星球:質量均勻分布,質量M,半徑R。一個小質量粒子,質量m。
問題:
1)用M和m 假設一個物理過程模型,用牛頓力學及萬有引力定律,推導黑洞的臨界半徑Rs,用 M,c(光速),G(引力常數)表示。
2)如果 M=地球質量=6*10^24 kg,c=3*10^8 m/s ,G=6.7*10^-11 Nm^2/kg^2。半徑小於等於多少,它將是黑洞?
討論:
這個問題我不是太懂。我按照我想象的模型來討論這個問題。把地球放在坐標原點。有一個質點,質量m,從X大於地球半徑的某點,以速度v沿X軸,向地球移動。撞擊地球後反彈,以速度v沿X軸,離開地球。現在要討論的是,地球的半徑R是多少的時候,在質點離開地球一端距離後,萬有引力能把這質點的速度減到0。速度減到0後,這質點一定會被地球捕獲。
按照上述模型,當質點移動到X= x時,我們有
dv/dt = -GM/x^2
(dv/dx)(dx/dt) = -GM/x^2
v(dv/dx) = -GM/x^2
vdv = (-GM/x^2)dx
兩邊同時積分:(v: 從c到0, x:從R到無窮)
Int(c,0)vdv = Int(R,inf)(-GM/x^2)dx
-(1/2)c^2 = -GM(1/R)
R = 2GM/c^2
R = 2(6.7*10^-11)(6*10^24)/9*10^16
R = 0.0089(m)
半徑小於等於0.0089(m)時,它將是黑洞。
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