宇宙中存在一些离其它恒星很远的四颗恒星组成的四星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.稳定的四星系统存在多种形式,其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个

◎ 题目

宇宙中存在一些离其它恒星很远的四颗恒星组成的四星系统,通常可忽略其它星体对它们的引力作用.稳定的四星系统存在多种形式,其中一种是四颗质量相等的恒星位于正方形的四个顶点上,沿着外接于正方形的圆形轨道做匀速圆周运动;另一种如图所示,四颗恒星始终位于同一直线上,均围绕中点O做匀速圆周运动.已知万有引力常量为G,求:
(1)已知第一种形式中的每颗恒星质量均为m,正方形边长为L,求其中一颗恒星受到的合力.
(2)已知第二种形式中的两外侧恒星质量均为m、两内侧恒星质量均为M,四颗恒星始终位于同一直线,且相邻恒星之间距离相等.求内侧恒星质量M与外侧恒星质量m的比值
M
m

◎ 答案

(1)其中一颗恒星受到的合力F=2×G
m2
L2
cos45°+G
m2
(

2
L)2
=
1+2

2
2
Gm2
L2

(2)设相邻恒星之间的距离为L,则有:G
Mm
L2
+G
Mm
(2L)2
+G
m2
(3L)2
=m?2Lω2

G
M2
L2
+G
Mm
(2L)2
-G
Mm
L2
=MLω2

联立两式解得
M
m
=
85
63

答:(1)其中一颗恒星受到的合力为
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