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2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距...

練習題2.31W

問題詳情:

2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距離地球13億光年之外一個雙黑洞系統的合併.已知光在真空中傳播的速度為c,太陽的質量為M0,萬有引力常量為G.黑洞密度極大,質量極大,半徑很小,以最快速度傳播的光都不能逃離它的引力,因此我們無法通過光學觀測直接確定黑洞的存在.假定黑洞為一個質量分佈均勻的球形天體。

(1)因為黑洞對其他天體具有強大的引力影響,我們可以通過其他天體的運動來推測黑洞的存在。天文學家觀測到,有一質量很小的恆星獨自在宇宙中做週期為T,半徑為r0的勻速圓周運動.由此推測,圓周軌道的中心可能有個黑洞。利用所學知識求此黑洞的質量M

(2)嚴格解決黑洞問題需要利用廣義相對論的知識,但早在相對論提出之前就有人利用牛頓力學體系預言過黑洞的存在。我們知道,在牛頓體系中,當兩個質量分別為mm2的質點相距為r時也會具有勢能,稱之為引力勢能,其大小為2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距...(規定無窮遠處勢能為零).請你利用所學知識,推測質量為M′的黑洞,之所以能夠成為“黑”洞,其半徑R最大不能超過多少?

【回答】

(1)2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第2張;(2)2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第3張

【詳解】

(1)小恆星繞黑洞做勻速圓周運動,設小恆星質量為m,根據萬有引力定律和牛頓第二定律

2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第4張

解得

2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第5張

(2)設質量為m的物體,從黑洞表面至無窮遠處,根據能量守恆定律

2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第6張

解得

2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第7張

因為連光都不能逃離,有v = c

所以黑洞的半徑最大不能超過2016年2月11日,美國“鐳射干涉引力波天文臺”(LIGO)團隊向全世界宣佈發現了引力波,這個引力波來自於距... 第8張

知識點:萬有引力理論的成就

題型:解答題