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几乎所有人都知道哥白尼提出了日心说,可很少人知道,在哥白尼的宇宙体系中,依然保留了本轮和均轮的体系(为了修正椭圆轨道的误差)。
其实在此之前,开普勒已经通过整理其老师第谷几十年的观测数据,归纳出了开普勒三定律。然而在其之后几十年,即便最有前瞻的天文学家依然没有应用其新发现,可以说明它的观点在当时并没有得到广泛的认同。
什么时候成为主流理论了呢?应该是物流学上的巨擘——艾萨克·牛顿,它从万有引力出发,从数学上精确地得出了椭圆轨道的解。
当然,这一观念的普及不是一蹴而就的,也是随着物理学不断的推进和被科学家、社会、最后是宗教人士接受才成为了主流。走完这一过程也经历了大约两个世纪的光阴吧。
首先,两个天体是围绕着一个公共重心来旋转的,例如太阳系的重心并不是太阳的中心。所以两个天体的运动轨道应该是椭圆的。 其次,宇宙里也并非只有两个天体,所以,天体在椭圆的轨道上还有个摆动。 也就是说,天体的运动并非标准的椭圆轨道。所以更不用想达到圆形的轨道了。
你的速度应该是包括了大小和方向吧。设v与r的夹角为A。
这几个量的确能计算轨道,因为物理状态已经完全确定下来了,但不是像三楼一样用圆周运动公式来算,二楼也说得太模糊。
首先是确定椭圆的半长轴a,需要知道一点,就是物体的机械能与a之间有一个定量关系,-GMm/r(这是引力势能公式,应该知道吧)+mv^2/2=-GMm/2a。
好了,接下来求半焦距c.设物体在远地点的速度为V,联立-GMm/r+mv^2/2=-GMm/(a+c)+mV^2/2,vrsinA=V(a+c),前一个是机械能守恒,后一个是角动量守恒或者说面积速度不变,道理一样。
这样椭圆轨道就完全确定了。
天体运动轨道分为三类:
双星系统,就是只有两颗恒星的星系,它们的运行轨道都是圆形的,且轨道半径与质量成反比。
行星系统,此类星系中恒星由于相对质量极大可以作为参照物,看做静止不动的,行星都是在绕恒星,以椭圆轨道运行。这与行星的形成过程有关:在行星形成的过程中,质量会不断变化,所以轨道也在不断发生变化,不可能维持圆形轨道。
彗星,这种天体的运行轨道大多是抛物线型的,也有螺旋线形的。前者会绕过恒星后飞远,后者会一头栽进恒星永远消失。
天体运动的实际轨道是椭圆轨道在太阳系,太阳位于行星椭圆轨道的运动的一个焦点上,有近日点,远日点在人造地球卫星中,地球同步卫星的运动轨迹是圆,其他绝大多数运动轨迹是椭圆,有近地点、远地点
学过高中物理的人知道,纯圆周运动的特点是:一、线速度大小处处相等,二、方向与向心力处处垂直。反之仍适用,如果速度与向心力不垂直或此半径所计算的向心力大小与引力不等,则不是纯圆周运行,会改变曲率。如初始速度与半径方向不垂直,必造成径向的拉长。所以,天体的初速不可能符合这两个苛刻条件,所以不是纯圆周运动。至于为什么是椭圆轨道,可以用高等物理书上积分方向推导出是椭圆。开普勒三大定律是专门讲椭圆三定律的。有些人误以为,行星间的引力互相干扰造成椭圆。这观点是错误的,与引力干扰无关,即使只有一颗行星,轨道也是椭圆。要彻底搞清为什么是椭圆轨道,必须懂积分看高等物理书,才能求出椭圆方程,高中知识是不够的。