解決済み

解説お願いします🙇‍♀️

ベストアンサー

ベストアンサー

まず mg=GMmR2    GM=gR2mg=G\dfrac{Mm}{R^2}\iff GM=gR^2 です。これはよく出てくる式ですね。

地球を中心とする等速円運動を行うとき、その円運動の半径は 2R2R だから、

mv22R=GMm4R2    v=gR2m\dfrac{v^2}{2R}=G\dfrac{Mm}{4R^2}\iff v=\sqrt{\dfrac{gR}{2}}となります。


楕円軌道を描くとき、面積速度を考えて、122Rv=126RV    V=13v\dfrac{1}{2}\cdot 2R\cdot v=\dfrac{1}{2}\cdot 6R\cdot V \iff V=\dfrac{1}{3}vを得ます。したがって力学的エネルギー保存則より、12mv2GMm2R=12mV2GMm6R    v=3gR2\begin{aligned}\dfrac{1}{2}mv^2-G\dfrac{Mm}{2R}&=\dfrac{1}{2}mV^2-G\dfrac{Mm}{6R}\\ \iff v&=\dfrac{\sqrt{3gR}}{2}\end{aligned}が得られます。


最後に、物体が地球に衝突するときの物体と地球の距離は RR であり、面積速度一定の法則よりその速さは 2v2v です。したがって力学的エネルギー保存則より、

12mv2GMm2R=12m(2v)2GMmR    v=gR3\begin{aligned}\dfrac{1}{2}mv^2-G\dfrac{Mm}{2R}&=\dfrac{1}{2}m(2v)^2-G\dfrac{Mm}{R}\\ \iff v&=\sqrt{\dfrac{gR}{3}}\end{aligned}となります。


また、無限遠に行く場合は力学的エネルギーは 00 となります。そのときの vv は、

12mv2GMm2R=0    v=gR\dfrac{1}{2}mv^2-G\dfrac{Mm}{2R}=0 \iff v=\sqrt{gR}となります。


よって、求める vv の範囲は gR3<v<gR\sqrt{\dfrac{gR}{3}}<v<\sqrt{gR} となります。

そのほかの回答(0件)

関連する質問

もっとみる