Задачи › Закон всемирного тяготения, невесомость

Двойная звезда: что можно найти по расстоянию и периоду

  1. Двойная звезда: что можно найти по расстоянию и периоду

    «Шаг в будущее» 2016/17, 10 кл.
    5/10

    Двойными звёздами, или двойными системами, называют систему двух звёзд, которые движутся под действием гравитационных сил по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Двойные звёзды — весьма распространённые объекты. Как утверждают астрономы, почти половина звёзд нашей Галактики принадлежит к подобным системам. Предположим, звёзды, входящие в двойную систему, движутся по круговым орбитам. Какие из трёх перечисленных величин: масса первой звезды, масса второй звезды, масса двойной системы — можно определить, если известны расстояние \(L\) между звёздами и период \(T\) их обращения? Найдите эти величины.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Запишите второй закон Ньютона для каждой звезды в виде силы тяготения между ними и условие, что расстояния от центра масс до звёзд в сумме дают \(L\).

    Ответ

    Можно найти только массу двойной системы: \(M=m_1+m_2=\dfrac{4\pi^2L^3}{GT^2}\).

    Решение

    Пусть \(m_1\), \(m_2\) — массы звёзд, \(M=m_1+m_2\) — масса системы, \(L\) — расстояние между звёздами, \(x_1\), \(x_2\) — радиусы вращения звёзд, \(\omega=\dfrac{2\pi}{T}\) — угловая скорость вращения звёзд. Тогда \[\begin{cases} G\dfrac{m_1m_2}{L^2}=m_1\omega^2x_1,\\[2mm] G\dfrac{m_1m_2}{L^2}=m_2\omega^2x_2,\\[2mm] x_1+x_2=L. \end{cases} \quad\Rightarrow\quad x_1=\frac{m_2L}{m_1+m_2}=\frac{m_2}{M}L,\quad x_2=\frac{m_1}{M}L.\] Отсюда \(\left(\dfrac{2\pi}{T}\right)^2=\dfrac{GM}{L^3}\), то есть \(T=2\pi\sqrt{\dfrac{L^3}{GM}}\). Можно найти только массу системы: \(M=\dfrac{4\pi^2L^3}{GT^2}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи