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高軌道低速大周,低軌道高速小周。 高軌道低速長週期是指衛星的軌道高度越高,其線速度越小,週期越長。 因為在衛星問題中,重力提供了向心力,軌道越高,半徑越長,引力越小,所以線速度越小,週期越大。
附註事項:1.咒語僅適用於向心力僅由中心天體的引力提供的情況,如果天體周圍的向心力由多個天體的引力提供,則該咒語不適用,例如位於拉格朗日點的物體: 如果向心力是由重力和其他力的合力提供的,則咒語不適用於這種情況,例如地球表面的物體。
2.公式的前半部分:“高軌道、低速、大週期”與周圍天體的質量無關,只要繞軌道執行的天體繞著同乙個中心天體旋轉就足夠了:而公式的後半部分,“大機器、大勢、小動能”, 適用於周圍天體的相同圓周天體或相同質量。
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克卜勒第一定律的證明是直接根據我的知識複製和貼上的。
行星對太陽的引力為 f=-(gmm r)r°
首先,證明了行星必須在同一平面上運動,並且有牛頓第二定律:f=m(dv dt)。
力矩 r f=-(gmm r)r° r°=0。即 r (dv dt) = 0
d(r×v)/dt=×v+r×dv/dt=0.
積分,rv=h(常量向量)。
上面的等式表明,行星半徑向量 r 始終與常數向量 h 正交,因此行星必須在同一平面上運動。
為了得到行星運動的軌跡,使用圖中平面的極坐標方向,以靜止的太陽為極點o,行星在平面中的位置為(r,)。
在極坐標中,與行星運動相關的物理量如下:
徑向 r=r·r° ; 速度 v=dr dt=(dr dt)·r°+r·(d dt)·
r° 是徑向單位向量,° 是徑向垂直單位向量。
Dr DT為徑向速度分量,r·(d dt) 是橫向速度分量。
速度大小滿足 v =(dr dt) +r·(d dt))
動量 mv=m(dr dt)+m( r·( d dt))
角動量 l=r mv=m r (d dt) (r°
得到 l=m r d dt)。
太陽對行星的引力指向點o,所以點o的矩m=0,根據角動量定理,角動量守恆。 l 是常數。
太陽行星系統的機械能是守恆的,如果系統的總能量是e,那麼。
e=½mv²-gmm/r
因為 dt=l mv dr dt= (l mv) (dr d) 被代入上述等式。
l²/m²r²r²)(dr/dα)²l²/m²r=2e/m+2gm/r
以上兩種型別乘以 m l,得到。
dr²/dα²r²r²+1/r²=2me/l²+2mm²/l²r
為了簡化公式,設 =1 r則 dr d = -r (d d )。
那麼方程變為 (dr d) 2gm m l = 2me l
上面的等式是導數。 請注意,e 和 l 是常量。 獲取。
2(dr/dα)(d²r/dα²)2ρ(dρ/dα)-gmm/l²(dρ/dα)=0
克卜勒第一定律是從數學推導中推導出來的。
克卜勒第二定律的證明來自趙凱華的物理力學教程。
設某一時間行星到中心天體的矢狀直徑為r(向量),行星的質量為m,速度為v(向量),則根據角動量定義l=r mv=mr dl dt方程在方程的兩邊進行調製,得到|l|/2m=1/2*|r×dl|DT 基於數學面積公式 S=1 2*|a×b|獲取。 l|2M = DS DT,由於角動量守恆,DS DT 是乙個常量。
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設中心天體的質量為m,運動天體的質量為m。
從 gmm r2 = 4 2r t2 我們得到 r3 t2 =gm 4 2,因為 g 是常數,天體的運動可以近似為勻速圓周運動。
所以 a3 t2=k k 只與中心物件相關聯。
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假設 B 在引力作用下圍繞 A 勻速圓周運動,A 的質量為 m,B 的質量為 m,A 和 B 之間的距離為 R
然後我們得到 =2 t(t 是週期)(角速度的定義)。
如果 b 的質量為 m,與 a 的距離為 r,週期為 t,那麼根據向心力公式,b 上的力的大小為 。
f=mω^2r=mr(4π^2)/t^2
它是從克卜勒第三定律獲得的。
r^3/t^2=k1
那麼施加在 b 上的力的大小是。
f1=mr(4π^2)/t^2=mk1(4π^2)/r^2
所以 f (成比例) m, f 1 r 2
從牛頓第三定律可以看出,A也受到與B相同大小的力。
所以 f m,根據上述結論 f m, m, 1 r 2,三者的乘積乘以乙個常數就是萬有引力。
所以 f 引力 = gmm r 2(g 是乙個常數,測量值約為 (n·m 2 kg 2))。
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萬有引力定律確實是“猜到”的。 從克卜勒第三定律推導出太陽和地球之間的引力滿足 f=gmm r 2 是嚴格的數學,但這並不意味著有質量的物體之間存在這樣的引力。
牛頓發現,地面上的力,例如“落地蘋果”的力,以及天體之間的力,是與平方成反比的力,而且是自然的(也許在當時的歷史條件下是大膽的? 猜猜這是同一種力,世界上的一切,無論是天體的還是普通的,都具有符合 f=gmm r 2 的引力。
牛頓的萬有引力公式是從嚴格的公式推導出來的! 但是,被猜測的萬有引力定律無法從其他理論中推導出來。
當然,地主的意思就是推導出萬有引力公式的公式。 如果你還是高中生,可以把軌道看成乙個圓,從克卜勒第三定律開始; 如果它更嚴格,那麼從實際的橢圓軌道推導出來會很麻煩,並且可以使用比阻力公式從軌道方程中推導出引力 f(r) 的形式。
讓我們首先給出圓形軌跡的近似推導。 對於高中生來說已經足夠了。
克卜勒第三定律的證明 r 3 t 2 = c(c 是乙個常數)。
萬有引力f,形式未知,但必須等於向心力f=mr(2 t) 2
帶入 1 t 2 = c r 3
f= mr 4π^2 *(c/ r^3)= c’* m/ r^2
因為重力的對稱性 f= c“ *m r 2
所以 f= gmm r 2 g 是常數。
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首先,克卜勒有三個天文學定律(都針對行星圍繞太陽的運動)。
行星運動第一定律(橢圓定律):
所有行星圍繞太陽的軌道都是橢圓形的,太陽位於橢圓的焦點上。
行星運動第二定律(面積定律):
連線行星和太陽的直線在相同的時間內掃過同一區域。
行星運動第三定律(和諧定律):
行星圍繞太陽的軌道週期的平方與其軌道的半大直徑的立方成正比。
牛頓萬有引力定律是乙個基於和諧定律的假設,並已通過科學觀察得到驗證。
萬有引力的內容用公式表示:
f=g*m1*m2/(r*r)
克卜勒和諧定律指出:
t*t (r*r*r) = 常數。
如果我們考慮兩顆恆星在一顆恆星中運動,並且我們以質量為 m1 的恆星作為參考係,那麼我們可以認為一顆質量為 m2 的恆星圍繞 m1 繞圈運動,它們之間的引力為它們的圓周運動提供了向心力。
即:m2*(w*w)*r=g*m1*m2 (r*r)。
而 W 2* 可以帶入上面的方程,得到 t 的平方大於 r 的三次方是定製的,這就是克卜勒定律所解釋的,從而證明了牛頓的萬有引力定律。
其實從科學上講,這不叫證明,因為牛頓定律是牛頓想出來的,然後通過一系列的科學觀測資料來驗證,無法從根源上證明,克卜勒也是一位實驗天文學家,他通過長期觀察天文資料猜出了自己的三大定律,而物理學的發現往往是通過猜想。
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引力的推導:如果行星的軌道近似為圓形。
根據克卜勒第二定律,行星的角速度是確定的,即: =2 t(週期) 如果行星的質量是 m,到太陽的距離是 r,週期是 t,那麼從運動方程來看,行星上的力的大小是 mr 2=mr(4 2) t 2
此外,根據克卜勒第三定律,r 3 t 2 = 常數 k'那麼沿太陽方向的力是 mr(4 2) t 2=mk'(4 2) r 2 從作用力和反作用力的關係可以看出,太陽也受到與上述相同的力的大小。 從太陽的角度來看,(太陽的質量m)(k''(4 2) r 2 是太陽在行星方向上所受的力。 由於它們是相同大小的力,因此從這兩個方程的比較可以看出,k'包含太陽的質量 m,k''包含行星的質量m。
由此可以看出,這兩種力與兩個天體質量的乘積成正比,稱為萬有引力。
如果引入乙個新的常數(稱為引力常數),並考慮太陽和行星的質量,以及先前推導的 4· 2,那麼它可以表示為。
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克卜勒定律:又稱“克卜勒三定律”,又稱“行星運動定律”,是指行星在太空中繞太陽公轉時所遵循的定律。 由於它是德國天文學家克卜勒在1609年和1619年根據丹麥天文學家第谷·布拉赫等人的觀測資料和星表,通過自己的觀測和分析,提出行星運動定律是指克卜勒三定律。
萬有引力定律最早是由牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中提出的。 牛頓用萬有引力定律不僅解釋了行星運動定律,還指出木星和土星的衛星以同樣的方式繞行星執行。
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克卜勒對行星進行了觀測,並提出了克卜勒的行星定律——作為一種觀測經驗,他的成就早於牛頓的萬有引力定律; 萬有引力定律 無論牛頓是否一開始就讀過克卜勒的結論,它都被證明與克卜勒的行星定律相容,其中包括克卜勒的行星定律,這些定律更普遍,在概念上更基本——因此,牛頓超越了克卜勒!
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首先,有克卜勒三定律。
克卜勒三定律從運動學的角度描述了太陽系行星的運動。
萬有引力定律從動力學的角度描述了所有物體之間的相互作用,當然也從動力學的角度解釋了太陽系中行星的運動定律。 牛頓的推導是基於克卜勒定律的,但他比後者走得更遠。