Introduction to Newton's Law of Gravitation
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0:00 - 0:03我们要学习一些关于重力的知识
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0:03 - 0:05就像你们知道的 重力是
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0:05 - 0:07尤其在物理学导论中
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0:07 - 0:09或者 在相当前沿的物理学中
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0:09 - 0:11我们可以学习如何计算重力
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0:11 - 0:13我们可以学习怎么认识
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0:13 - 0:15其中变量的重要性
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0:15 - 0:17不过 实际上 它不是很好理解
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0:17 - 0:21即便你学过广义相对论 如果你们已经学过了
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0:21 - 0:23我不得不说 你可以说
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0:23 - 0:26额 它是空间时间的转换和其他东西
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0:26 - 0:29不过 很难直观地认识 为什么两个物体
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0:30 - 0:33只因为它们有质量
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0:33 - 0:35它们就会相互吸引
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0:35 - 0:38实际上 至少对我来说 它有一点神秘
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0:38 - 0:42不过 既然这样 我们来学习处理重力问题
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0:42 - 0:45我们要学习牛顿重力定律
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0:45 - 0:48这个适用于大多数场合
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0:48 - 0:50因此 牛顿重力定律说的是
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0:50 - 0:52两个重物之间的力
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0:52 - 0:55是重力
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0:55 - 0:58等于重力常数G
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0:58 - 1:00乘以第一个物体的质量
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1:00 - 1:02再乘以第二个物体的质量
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1:02 - 1:07除以这两个物体之间的距离的平方
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1:07 - 1:08因此这个很简单
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1:08 - 1:10我们推导一下这个 看看能否
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1:10 - 1:14得到一些我们熟悉的结果
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1:14 - 1:16因此 用这个公式算出加速度
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1:16 - 1:21重力加速度是
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1:21 - 1:23在地球表面的加速度
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1:23 - 1:25我们画个地球
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1:25 - 1:27这样就能知道我们在说什么
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1:30 - 1:31因此 这是地球
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1:32 - 1:33假设
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1:33 - 1:36我们要知道Sal的重力加速度
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1:36 - 1:37这是我
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1:41 - 1:45因此 我们要怎么应用这个方程来求解
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1:45 - 1:49我朝地心或者地球的质心
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1:49 - 1:51的加速度是多少
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1:51 - 1:56引力等于 因此 这个大G是什么?
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1:56 - 2:00这个G是万有引力常数
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2:00 - 2:03尽管 就我所知 我对这个并不擅长
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2:03 - 2:09实际上 我觉得它的值是可以变的
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2:09 - 2:10它并不是一个真正的常数
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2:10 - 2:12或者 我猜 当用不同的度量时
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2:12 - 2:13它会有所不同
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2:13 - 2:16不过对目前来说 它是一个常数
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2:16 - 2:19而在物理课上说的这个常数 等于
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2:19 - 2:226.67乘以
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2:22 - 2:2510的-11次方m^3/(kg・s)^2
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2:25 - 2:27我知道这些单位很疯狂 但是 你只要知道
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2:27 - 2:30这些单位只是 当你把
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2:30 - 2:33质量乘以质量除以距离的平方所得到的
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2:33 - 2:36就得到N 或者千克米每秒的平方
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2:36 - 2:38因此 这里我们不用太担心单位
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2:38 - 2:41只要知道 我们的单位中是有
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2:41 - 2:42米 千克 秒
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2:42 - 2:44我们把那个数写下来
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2:44 - 2:47换个颜色 这样比较有意思
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2:47 - 2:546.67乘以10的-11次方
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2:54 - 2:57我们想知道Sal的加速度
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2:57 - 3:00因此 m1是Sal的质量
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3:00 - 3:03我不想透露我的质量
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3:03 - 3:05因此 我们用一个变量代替
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3:05 - 3:07然后 第二个的质量是多少?
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3:07 - 3:08地球的质量
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3:08 - 3:09写在这里
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3:09 - 3:10我在维基百科查到的
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3:10 - 3:12这个是地球的质量
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3:13 - 3:16因此 我把它乘以地球的质量
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3:16 - 3:21乘以5.97乘以10的24次方千克…
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3:21 - 3:23说重量有点不恰当 不是重量
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3:23 - 3:25是质量比Sal的质量大得多
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3:25 - 3:27除以距离的平方
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3:27 - 3:29你也许会说 额
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3:29 - 3:31站在地球表面的人与地球的距离是多少?
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3:31 - 3:33好 距离是0 因为他们与地面相接触
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3:33 - 3:35但是 搞清楚两个物体之间的距离是很重要的
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3:35 - 3:38尤其 当我们说的是
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3:38 - 3:40万有引力定律的时候
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3:40 - 3:42指的是它们质心之间的距离
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3:42 - 3:44一般来说 我的质心
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3:44 - 3:46可能是离地面3英尺高的地方
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3:46 - 3:48因为我没那么高
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3:48 - 3:50实际上 可能比那矮一点
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3:50 - 3:53不管怎样 我的质心在离地3英尺位置处
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3:53 - 3:54而 地球的质心在哪呢?
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3:54 - 3:56嗯 在地球质心位置处
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3:56 - 3:59因此我们必须知道地球的半径 对吧?
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4:00 - 4:01因此 地球的半径是
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4:01 - 4:07我也是在维基百科查到的 6371千米
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4:07 - 4:09等于多少米呢?
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4:09 - 4:11等于6百万米 对吧?
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4:11 - 4:12然后 你知道
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4:12 - 4:14到我质心的额外距离
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4:14 - 4:16可以忽略 因为它只有0.001
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4:16 - 4:17因此 我们把它忽略
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4:17 - 4:18因此是6… 马上
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4:18 - 4:20我用科学记数法写 既然其他的
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4:20 - 4:22都是用科学记数法表示的
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4:22 - 4:266.371乘以10的6次方米 对吧
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4:26 - 4:296000千米是6百万米
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4:29 - 4:31因此我们把它写下来
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4:31 - 4:36因此距离是6.37
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4:36 - 4:40乘以10的6次方米
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4:40 - 4:42把它平方
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4:42 - 4:44记住 是距离的平方
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4:44 - 4:48因此 我们看看是否能把这个化简一下
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4:48 - 4:51我们先把上面这些数相乘
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4:51 - 4:54力等于 我们把变量提出来
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4:54 - 4:58Sal的质量乘以 我们算一下上面这部分
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4:58 - 5:14因此 有6.67×5.97=39.82
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5:18 - 5:20只是把这个乘以这个
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5:20 - 5:21因此 我得算这些
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5:21 - 5:24因此10的-11次方乘以10的24次方
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5:24 - 5:25我们可以把指数相加
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5:25 - 5:27它们的底数相同
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5:27 - 5:29因此24-11等于多少?
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5:29 - 5:31等于13 10的13次方 对吧?
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5:31 - 5:33然后 分母等于多少呢?
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5:33 - 5:35它等于6.37方
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5:35 - 5:37乘以10的6次方的平方
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5:37 - 5:38因此等于
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5:38 - 5:41不管这个等于多少 比如37或是其他的
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5:41 - 5:45乘以 10的6次方的平方是多少?
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5:45 - 5:47是10的12次方 对吧?
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5:47 - 5:4910的12次方
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5:49 - 5:52我们来算一下6.37方等于多少
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5:52 - 5:56这个小计算器没有平方
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5:56 - 6:09我必须…因此等于40.58
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6:09 - 6:11因此 把它化简一下
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6:11 - 6:16力要等于Sal的质量乘以-
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6:16 - 6:35除以 39.82除以40.58等于9.81
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6:38 - 6:40即这个除以这个得到的
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6:40 - 6:43然后 10的13次方除以10的12次方
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6:45 - 6:48实际上不对 这个不是9.81 不好意思 是0.981
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6:48 - 6:520.981 然后10的13次方除以10的12次方
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6:52 - 6:53等于10 对吧?
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6:53 - 6:57乘以10 因此 0.981乘以10等于多少?
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6:57 - 7:03嗯 力等于9.81乘以Sal的质量
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7:04 - 7:05然后呢?
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7:05 - 7:07现在 我们要怎么解出加速度?
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7:07 - 7:11额 力等于质量乘以加速度 对吧?
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7:11 - 7:15因此 它也等于重力加速度
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7:15 - 7:20应该是小g
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7:20 - 7:22乘以Sal的质量 对吧?
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7:22 - 7:25因此 我们知道重力是9.81
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7:25 - 7:26乘以Sal的质量
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7:26 - 7:28我们也知道这等于
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7:28 - 7:30重力加速度乘以Sal的质量
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7:30 - 7:32可以把两边都除以Sal的质量
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7:32 - 7:33然后就得到重力加速度
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7:33 - 7:36如果整个过程都带单位
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7:36 - 7:36我们可以看出
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7:36 - 7:38单位是千克米每平方秒
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7:38 - 7:41我们刚刚看到了
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7:41 - 7:44根据维基百科提供的数据
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7:45 - 7:48地球表面的重力加速度
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7:48 - 7:50我们曾经
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7:50 - 7:52用于抛物运动的问题
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7:52 - 7:55重力加速度等于9.8米每平方秒
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7:55 - 7:57真让人兴奋
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7:57 - 8:00我们快速地做一个重力问题
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8:00 - 8:01因为我们还有两分钟
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8:02 - 8:06假设 另一个行星
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8:06 - 8:08把它叫做小地球
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8:08 - 8:15并且 假设这个小地球的半径等于
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8:15 - 8:19地球半径的1/2 它的质量
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8:19 - 8:22等于地球质量的1/2
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8:22 - 8:27因此物体的重力是多少?
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8:27 - 8:29同一个物体 这个?
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8:29 - 8:32在这个行星上的重力会小多少?
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8:32 - 8:34额 实际上 我们留到下个视频再讲吧
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8:34 - 8:35因为我不喜欢急匆匆的
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8:35 - 8:36下次见