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橢圓軌道:近日點(diǎn)(遠(yuǎn)日點(diǎn)),萬有引力等于向心力嗎

2022-03-12 15:21 作者:坤哥物理  | 我要投稿

兩個問題:①衛(wèi)星在橢圓軌道的近日點(diǎn)(及遠(yuǎn)日點(diǎn)),萬有引力是不是全部提供向心力?②如果是,那為什么還是橢圓軌道?(教材上不是說,如果:萬有引力=向心力,衛(wèi)星就該是圓周軌道?。?/strong>

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直接說答案:橢圓軌道,只有近日點(diǎn)(及遠(yuǎn)日點(diǎn)),萬有引力全部提供向心力,即:萬有引力=向心力。

①較弱的文字證明:近日點(diǎn)(遠(yuǎn)日點(diǎn)),因為沒有切向加速度,所以,萬有引力全部提供向心力。但這個證明方式,顯然論辯雙方都不滿意,甚至有點(diǎn)“循環(huán)論證”的味道。

缺乏嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo),純靠文字辯論、誰也無法說服對方。

學(xué)生的問題、相信很多同學(xué)也這樣困惑過

坤哥分析【一旦祭出數(shù)學(xué)公式,所有的推理都變得有說服力了】:

求出近日點(diǎn)、遠(yuǎn)日點(diǎn)的速率

曲率半徑的算法之一:

曲率半徑的算法之一

得出橢圓在任意點(diǎn)的曲率半徑公式

這張圖就是最終結(jié)論!

結(jié)論:橢圓軌道的近地點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn)),這兩個特殊的點(diǎn),沒有切向加速度、剛好滿足萬有引力=向心力。所以,既然同一點(diǎn)、萬有引力一樣大,那向心力(向心加速度)也就一樣大;另外,而且由于沒有切向加速度,向心加速度=加速度。

所以:如坤哥物理課程所講,同點(diǎn)同a(這個a,既是向心加速度、也是加速度)、大圈大v。


同點(diǎn)同a、大圈大v

這實(shí)際上又引出一個新的問題(也即本文最開始的問題②):既然教材上講,當(dāng)合力(供)大于所需的向心力(需)時,要做向心運(yùn)動(離心運(yùn)動、道理相通)。那為什么這里又得出:橢圓軌道、近地點(diǎn)(遠(yuǎn)地點(diǎn))合力剛好等于向心力呢?

如果你很愛思考,那你每天都會得到新的打擊

我們雖然通過計算得出了橢圓軌道的A、B兩點(diǎn)剛好滿足“萬有引力=向心力”,但是比如A點(diǎn)再往切線方向運(yùn)動一點(diǎn)點(diǎn)(慣性運(yùn)動),這一瞬間速度大小、方向不變(微元法的思想),但是萬有引力變小了(因為距離變大了),所以,后面的軌跡無法再保持圓周了,這與教材知識不矛盾(坤哥物理)。【當(dāng)然這個推理用到了無窮小量的矛盾性質(zhì),不過本文不打算再分析這個了】

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注:本文公式太多,而B站投稿沒法輸入公式,所以用了大段大段的截圖,影響閱讀、表示抱歉。

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