Edits to “Альтернативное решение”, “Ответ: Па”
ru/2.6.53.md
+71 −0
| ### Условие: | |||
| $2.6.53^*.$ Известный физик Ф. Дайсон высказал предположение, что можно было бы полностью использовать энергию звезд, если бы космические цивилизации могли окружить звезды сферическими оболочками. Найдите напряжение в материале неподвижной однородной оболочки, которая окружила бы в соответствии с этим предположением Солнце, при ее радиусе, равном радиусу земной орбиты. Плотность материала оболочки $\rho =4 \cdot 10^3 \mathrm{~кг} / \mathrm{м}^3$. | |||
| ### Решение: | |||
|  | |||
| @@ -8,4 +8,75 @@Решение: | |||
|  | |||
| + | ### Альтернативное решение | ||
| + | Силу, действующую на небольшую площадь сферы, можно определить как механическое напряжение, умноженное на эту площадь: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | σdS=dF | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Из стереометрии нам известно, что площадь сферы можно определить как произведение квадрата радиуса и телесного угла сферы: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | S=4πR²=R²Ω | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Берём производную площади, с учётом того, что телесный угол постоянный: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | dS=2RdRΩ | ||
| + | $$ | ||
| + | Отсюда приращение радиуса(толщина сферы неизвестна) | ||
| + | $$ | ||
| + | dR=\frac{dS}{2RΩ} | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Сила на малую часть сферы: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | dF=g*dm | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Применив теорему Гаусса, получим поток напряжённости гравитационного поля: | ||
| + | $$ | ||
| + | \oint gdS=-4πGM | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | -4πR²g=-4πGM | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Отсюда найдем напряжонность поля: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | g=\frac{GM}{R²} | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Масса малой части сферы: | ||
| + | $$ | ||
| + | dm=ρdV | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Производная площади, которую можно записать через производную плоащди: | ||
| + | $$ | ||
| + | dV=4πR²dR=\frac{RdS}{2} | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Подставим силу в самое первое уравнение: | ||
| + | $$ | ||
| + | σdS=\frac{GM}{R²}ρ\frac{RdS}{2} | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | Получим рабочую формулу механического напряжения: | ||
| + | |||
| + | $$ | ||
| + | σ=\frac{GMρ}{2R} | ||
| + | $$ | ||
| + | Подставив числа, получим: | ||
| + | $$ | ||
| + | \boxed{σ=.8*10¹²Па} | ||
| + | $$ | ||
| + | |||
| + | |||
| #### Ответ: $\sigma\approx 1,8 \cdot 10^{12}$ Па. | |||
| + | |||
| ### Условие: | ### Условие: | ||
| $2.6.53^*.$ Известный физик Ф. Дайсон высказал предположение, что можно было бы полностью использовать энергию звезд, если бы космические цивилизации могли окружить звезды сферическими оболочками. Найдите напряжение в материале неподвижной однородной оболочки, которая окружила бы в соответствии с этим предположением Солнце, при ее радиусе, равном радиусу земной орбиты. Плотность материала оболочки $\rho =4 \cdot 10^3 \mathrm{~кг} / \mathrm{м}^3$. | $2.6.53^*.$ Известный физик Ф. Дайсон высказал предположение, что можно было бы полностью использовать энергию звезд, если бы космические цивилизации могли окружить звезды сферическими оболочками. Найдите напряжение в материале неподвижной однородной оболочки, которая окружила бы в соответствии с этим предположением Солнце, при ее радиусе, равном радиусу земной орбиты. Плотность материала оболочки $\rho =4 \cdot 10^3 \mathrm{~кг} / \mathrm{м}^3$. | ||
| ### Решение: | ### Решение: | ||
|  |  | ||
| @@ -8,4 +8,75 @@Решение: | |||
|  |  | ||
| ### Альтернативное решение | |||
| Силу, действующую на небольшую площадь сферы, можно определить как механическое напряжение, умноженное на эту площадь: | |||
| $$ | |||
| σdS=dF | |||
| $$ | |||
| Из стереометрии нам известно, что площадь сферы можно определить как произведение квадрата радиуса и телесного угла сферы: | |||
| $$ | |||
| S=4πR²=R²Ω | |||
| $$ | |||
| Берём производную площади, с учётом того, что телесный угол постоянный: | |||
| $$ | |||
| dS=2RdRΩ | |||
| $$ | |||
| Отсюда приращение радиуса(толщина сферы неизвестна) | |||
| $$ | |||
| dR=\frac{dS}{2RΩ} | |||
| $$ | |||
| Сила на малую часть сферы: | |||
| $$ | |||
| dF=g*dm | |||
| $$ | |||
| Применив теорему Гаусса, получим поток напряжённости гравитационного поля: | |||
| $$ | |||
| \oint gdS=-4πGM | |||
| $$ | |||
| $$ | |||
| -4πR²g=-4πGM | |||
| $$ | |||
| Отсюда найдем напряжонность поля: | |||
| $$ | |||
| g=\frac{GM}{R²} | |||
| $$ | |||
| Масса малой части сферы: | |||
| $$ | |||
| dm=ρdV | |||
| $$ | |||
| Производная площади, которую можно записать через производную плоащди: | |||
| $$ | |||
| dV=4πR²dR=\frac{RdS}{2} | |||
| $$ | |||
| Подставим силу в самое первое уравнение: | |||
| $$ | |||
| σdS=\frac{GM}{R²}ρ\frac{RdS}{2} | |||
| $$ | |||
| Получим рабочую формулу механического напряжения: | |||
| $$ | |||
| σ=\frac{GMρ}{2R} | |||
| $$ | |||
| Подставив числа, получим: | |||
| $$ | |||
| \boxed{σ=.8*10¹²Па} | |||
| $$ | |||
| #### Ответ: $\sigma\approx 1,8 \cdot 10^{12}$ Па. | #### Ответ: $\sigma\approx 1,8 \cdot 10^{12}$ Па. | ||