以点为中心作长度为的红色小矩形,其中,如下图所示。结合上细直棒的线密度为,可以算出该红色小矩形的质量。
当足够小时可将红色小矩形看作位于的质点,此时红色小矩形对质点的引力就可近似为质点对质点的引力。容易知道,质点与质点的距离为,质点对质点的引力在质点对质点连线上,如下图所示。
引力可分解为方向上的分力及方向上的分力,如下图所示,其中还标注出之后计算会用到的与轴的夹角。
接下来分别计算、方向上的引力,先计算方向上的引力。根据上面介绍的万有引力公式,可算出引力的大小为:
所以引力在轴方向的分力的大小为(其中的负号表示该分力指向轴的负方向):
按照上面的方法,细直棒可以划分为个红色小矩形,从而构造出。在时,也就是时,可得如下,该定积分就是细直棒对质点的引力在轴方向的分力:
这里通过计算上述等式中的,令,有:
由于,所以,据此作出辅助三角形,如下图所示。
所以,所以:
因此根据,有:
再来计算方向上的引力,由于细直棒关于对称,所以点和点对质点在方向上的分力会互相抵消,如下图所示。
所以细直棒对质点的引力在方向上的分力。