兩個(gè)高中物理推論的數(shù)學(xué)證明

推論一:
對(duì)于質(zhì)地均勻且密度為ρ?,半徑為R的球,其對(duì)球外一質(zhì)點(diǎn)的引力等價(jià)于在球心處質(zhì)量為M(M=4πR3ρ?/3)的質(zhì)點(diǎn)對(duì)該點(diǎn)的引力
證明:
設(shè)該球所占有的空間為:
球外一質(zhì)點(diǎn)
由對(duì)稱(chēng)性知其引力在x,y軸上的分量為0,則有:
對(duì)二重積分部分使用極坐標(biāo)換元,得到:
推論一得證.

推論二:
對(duì)于一外半徑為R,內(nèi)半徑為r(R≥r),質(zhì)地均勻的空心球體內(nèi)一點(diǎn),該空心球體對(duì)該質(zhì)點(diǎn)的引力為0
證明:
設(shè)該物體所占有的空間為:
內(nèi)部一質(zhì)點(diǎn):
同樣由對(duì)稱(chēng)性可以知道引力在x,y方向上的分量為0,于是有:
其中,
現(xiàn)對(duì)后面的三個(gè)二重積分化簡(jiǎn)
當(dāng)-R≤z≤-r時(shí)
當(dāng)-r≤z≤r時(shí)
當(dāng)r≤z≤R時(shí)
代回原積分表達(dá)式得:
于是得到:
推論二得證.