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自然哲学的数学原理
1.9.13.7 命题XCI 问题XLV
命题XCI 问题XLV

求放在圆形立体的轴上的一个小物体的吸引,趋向立体的每个点的同等的向心力按照距离的任意的比减小。

设小物体P被向着立体DECG牵引,小物体位于立体的轴AB上。垂直于这个轴的任意圆RFS与这个立体相截,且在它的半直径FS上,它在某个穿过轴的平面PALKB内,取(由命题XC)长度FK,它与小物体P被吸向那个圆的力成比例。点K接触的曲线LKI交最外面的圆的平面AL和BI于L和I;则小物体P向着立体的吸引如同面积LABI。此即所求

系理2 因此,也能知道一个力,由它一个扁球(sphærois)AG BC牵引任意的物体P,物体位于扁球外且在它的轴AB上。设NKRM为一条圆锥截线,它的纵标线ER垂直于PE,总等于长度PD,它引向那个点D,在那个点这条纵标线与扁球相截。自扁球的顶点A,B竖立垂直于其轴AB分别等于AP,BP的垂线AK,BM,且所以交圆锥截线于K和M;又连结KM从同一圆锥截线中割下弓形KMRK。设扁球的中心为S且最大的半直径为SC:力,由它扁球牵引物体P,比一个力,由它以直径AB画出的球牵引同一个物体,如同(AS×CSq-PS×KMRK)/(PSq+CSq-ASq)比(AScub.)/(3PSquad.)。且由相同的计算原则可以发现扁球截形的力。

系理3 如果小物体被放在扁球内并在其轴上;吸引如同它离中心的距离。这容易由以下的论证推出,无论小部分在轴上,还是在任意其他给定的直径上。设AGOF为吸引扁球,S为它的中心,且P为被吸引物体。经那个物体P既引半直径SPA,又引两条任意直线DE,FG交扁球的这一侧于D,F,那一侧于E和G;且设PCM,HLN为两个内扁球面,与外扁球面相似且同心,前一个扁球面穿过物体P,且截直线DE和FG于B和C,后一个扁球面截相同的直线于H,I和K,L。所有的扁球有一个公共的轴,则直线在两侧被截取的部分DP和BE,FP和CG,DH和IE,FK和LG彼此相等;因为直线DE,PB,和HI在同一点被平分,如同直线FG,PC和KL。现在想象DPF,EPG表示对顶圆锥,它们由无限小的顶点角DPF,EPG画出,且直线DH,EI也无限地短;又圆锥被扁球面割下的小部分DHKF,GLIE,由于直线DH,EI相等,彼此之比如同它们离小物体P的距离的平方,且所以那个小物体受到相等的牵引。由同样的理由,如果空间DPF和EGCB被无数相似的同心的且有一公共轴的扁球面分成小部分,所有这些小部分在相反的方向从两边牵引物体P。所以圆锥DPF的力与圆锥截形EGCB的力相等,且由于相反而彼此抵消。且对最里边的扁球PCBM外的所有物质的力,情形相同。所以物体P只受最里边的扁球PCBM的牵引,且因此(由命题LXXII系理3)它的吸引比一个力,由这个力物体A被整个扁球AGOD吸引,如同距离PS比距离AS。此即所证