在匀质球层的空腔内,恣意位置处的质点受到球壳的万有引力为零,即∑F=0.
证明:如图所示,
一个匀质球层可以等效为由很多厚度微小的匀质球壳构成,任取一个球壳,设球壳内有一个质量为m的质点,某时候质点在P位置(恣意位置)处,以质点地点位置P为极点,作两个底面面积充足小的对顶圆锥,这时,两个圆锥底面不但可以视为平面,还可以视为质点.
设空腔内质点m到两圆锥底面中间的间隔分别为r₁、r₂,两圆锥底面的半径分别为R₁、R₂,球壳的厚度为△h,球壳的密度为ρ.依据万有引力定律,两圆锥底面临质点的引力可以表现为
依据相似三角形对应边成比例,有
R₁/r₁=R₂/r₂.
则两个万有引力之比为
由于两引力偏向相反,以是引力的协力为零.
以此类推,球壳上其他恣意两对应部门对证点的合引力为零,整个球壳对证点的协力为零,故由多个球壳构成的球层对证点的协力也为零,即∑F=0.
【拓展】
电量漫衍匀称的球壳,对壳内空腔的带电体库仑力为零.