【题目】同一艘轮船,在有月亮的夜晚轻一些,还是在无月亮的夜晚轻一些?
【解答】有的读者可能会说,在有月亮的夜晚,轮船会受到月球引力的作用,这时候会轻一些。其实,这个问题并非这么简单,虽然轮船会受到月球引力的作用,但同时,地球也会受到同样的引力作用。在月球引力的作用下,地球上所有物体的运动速度都是相同的,加速度也相同,所以,从这一点上来说,我们根本无法确定轮船的重量有没有减轻。不过,有人做了实际的测量,结果发现,轮船确实会在有月亮的夜晚轻一些。这是为什么呢?
在图中,点O为地球的中心,A和B都是轮船,A、B连线过点O,也就是说,它们正好在地球直径的两端,r为地球的半径,D为从月球中心L到地球中心O的距离。M为月球的质量,m为轮船的质量。为便于计算,我们假设A、B和月球在同一条直线上,也就是说,月球在A处的天顶,在B处的天底。所以,月球对A的引力(也就是有月亮的夜晚轮船受到的月球引力)为:
图月球引力和对地球上两艘轮船(分别位于地球直径两端)作用的示意图。
其中,
毫克。
月球对B的引力(也就是无月亮的夜晚轮船所受到的引力)为:
这两个引力的差可以通过两式相减得:
由于
很小,可以忽略不计,所以,上式变为:
整理得:
显然,
就是轮船跟月球中心距离为D时受到的月球引力大小。
又由于质量为m的轮船在月球表面的重量应该为
,所以,在距离地球D处,其质量为
而D=220个月球半径,于是有
引力差是:
如果这艘轮船的质量是45000吨,那么,在有月亮和没有月亮的夜晚,它们的质量差是:
综上所述,在有月亮的夜晚,轮船的质量确实比没有月亮时轻一些,不过这个差别非常小。