zhf:牛顿力学推导黑洞半径讨论 |
送交者: 侠行天涯 2016年03月09日09:54:37 于 [灵机一动] 发送悄悄话 |
牛顿力学推导黑洞半径
牛顿力学容许“有质量”的粒子可以以光速运动。“黑洞”特点:光速物体也不能逃逸出黑洞的万有引力束缚。一个大质量星球:质量均匀分布,质量M,半径R。一个小质量粒子,质量m。 问题: 1)用M和m 假设一个物理过程模型,用牛顿力学及万有引力定律,推导黑洞的临界半径Rs,用 M,c(光速),G(引力常数)表示。 2)如果 M=地球质量=6*10^24 kg,c=3*10^8 m/s ,G=6.7*10^-11 Nm^2/kg^2。半径小于等于多少,它将是黑洞? 讨论: 这个问题我不是太懂。我按照我想象的模型来讨论这个问题。把地球放在坐标原点。有一个质点,质量m,从X大于地球半径的某点,以速度v沿X轴,向地球移动。撞击地球后反弹,以速度v沿X轴,离开地球。现在要讨论的是,地球的半径R是多少的时候,在质点离开地球一端距离后,万有引力能把这质点的速度减到0。速度减到0后,这质点一定会被地球捕获。 按照上述模型,当质点移动到X= x时,我们有 dv/dt = -GM/x^2 (dv/dx)(dx/dt) = -GM/x^2 v(dv/dx) = -GM/x^2 vdv = (-GM/x^2)dx 两边同时积分:(v: 从c到0, x:从R到无穷) 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) 半径小于等于0.0089(m)时,它将是黑洞。 |
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