椭圆轨道:近日点(远日点),万有引力等于向心力吗

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椭圆轨道:近日点(远日点),万有引力等于向心力吗

2024-07-13 06:25| 来源: 网络整理| 查看: 265

两个问题:①卫星在椭圆轨道的近日点(及远日点),万有引力是不是全部提供向心力?②如果是,那为什么还是椭圆轨道?(教材上不是说,如果:万有引力=向心力,卫星就该是圆周轨道!)

 

直接说答案:椭圆轨道,只有近日点(及远日点),万有引力全部提供向心力,即:万有引力=向心力。

①较弱的文字证明:近日点(远日点),因为没有切向加速度,所以,万有引力全部提供向心力。但这个证明方式,显然论辩双方都不满意,甚至有点“循环论证”的味道。

缺乏严密的数学推导,纯靠文字辩论、谁也无法说服对方。

学生的问题、相信很多同学也这样困惑过

坤哥分析【一旦祭出数学公式,所有的推理都变得有说服力了】:

求出近日点、远日点的速率

曲率半径的算法之一:

曲率半径的算法之一

得出椭圆在任意点的曲率半径公式:

这张图就是最终结论!

结论:椭圆轨道的近地点(远地点),这两个特殊的点,没有切向加速度、刚好满足万有引力=向心力。所以,既然同一点、万有引力一样大,那向心力(向心加速度)也就一样大;另外,而且由于没有切向加速度,向心加速度=加速度。

所以:如坤哥物理课程所讲,同点同a(这个a,既是向心加速度、也是加速度)、大圈大v。

同点同a、大圈大v

这实际上又引出一个新的问题(也即本文最开始的问题②):既然教材上讲,当合力(供)大于所需的向心力(需)时,要做向心运动(离心运动、道理相通)。那为什么这里又得出:椭圆轨道、近地点(远地点)合力刚好等于向心力呢?

如果你很爱思考,那你每天都会得到新的打击

我们虽然通过计算得出了椭圆轨道的A、B两点刚好满足“万有引力=向心力”,但是比如A点再往切线方向运动一点点(惯性运动),这一瞬间速度大小、方向不变(微元法的思想),但是万有引力变小了(因为距离变大了),所以,后面的轨迹无法再保持圆周了,这与教材知识不矛盾(坤哥物理)。【当然这个推理用到了无穷小量的矛盾性质,不过本文不打算再分析这个了】

 

注:本文公式太多,而B站投稿没法输入公式,所以用了大段大段的截图,影响阅读、表示抱歉。



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