想知道圆锥体到底多重?其实计算它的重量超简单的!


在一个均匀的球层内部空腔中,任意位置的质点所受到的球壳的万有引力总和为零,即∑F=0。

为证明这一点,我们可以按照以下方式进行推导:

想象这样一个均匀的球层,它实际上是由许多极薄的均匀球壳组成的。假设我们在球壳内任意位置选取一个质点m。以这个质点所在的位置P为顶点,构建两个底面积足够小的对顶圆锥。这两个圆锥的底面不仅可以被视为平面,还可以被视为我们关注的质点。

设质点m到这两个圆锥底面中心的距离分别为r₁和r₂,圆锥底面的半径为R₁和R₂,而球壳的厚度是△h,球壳的密度为。根据万有引力定律,这两个圆锥底面对质点的引力可以进行特定的计算。

由于这两个圆锥的底面是相互对应的,它们与质点的距离比例关系使得R₁/r₁=R₂/r₂。这意味着两个引力之间的比例关系特定。由于这两个引力方向相反,它们相互抵消,使得质点受到的合力为零。

同理,球壳上的其他任意两部分相对应的底面,对质点产生的合力也为零。整个球壳对质点的合力为零。由此可以推断,由多个这样的球壳组成的球层对质点的总合力也必然为零,即∑F=0。

【拓展】

对于电量分布均匀的球壳,其内部的空腔中的带电体所受到的库仑力总和也为零。这是因为带电体的电性与球壳的均匀电量分布产生了相应的对称效应,使得内部空腔中的带电体受到的库仑力相互抵消。