Question

【题目】宇宙中存在质量相等的四颗星组成的四星系统，这些系统一般离其他恒星较远，通常可忽略其他星体对它们的引力作用．四星系统通常有两种构成形式：一是三颗星绕另一颗中心星运动（三绕一），二是四颗星稳定地分布在正方形的四个顶点上运动．若每个星体的质量均为m，引力常量为G．

（1）分析说明三绕一应该具有怎样的空间结构模式．

（2）若相邻星球的最小距离为a，求两种构成形式下天体运动的周期之比．

Answer 1

【答案】见解析

【解析】

试题分析：（1）三颗星绕另一颗中心星运动时，其中任意一个绕行的星球受到的另三个星球的万有引力的合力提供向心力，三个绕行星球的向心力一定指向同一点，且中心星受力平衡，由于星球质量相等，具有对称关系，因此向心力一定指向中心星，绕行星一定分布在以中心星为中心的等边三角形的三个顶点上，如图甲所示．

（2）对三绕一模式，三颗星绕行轨道半径均为a，所受合力等于向心力，因此有

2·Gcos 30°＋G＝ma

解得T＝

对正方形模式，如图乙所示，四星的轨道半径均为a，同理有2·Gcos 45°＋G＝m·a

解得T＝

故＝