Question

高中物理问题。天体运动中。天体会运动成椭圆轨道。我想知道椭圆轨道各地方的速度变化以及原因

高中物理问题。天体运动中。天体会运动成椭圆轨道。我想知道椭圆轨道各地方的速度变化以及原因谢谢大家帮助我！

Answer 1

如果速度与半径方向垂直，且向心力刚好等于引力，那么天体会做匀速圆周运动。

当速度与半径方向不垂直，即沿着半径方向存在分量时。
那么在径向上，会存在一个往复运动。

以同步卫星为例。
圆形轨道的卫星，地球上的人看，就象静止的一样。
而椭圆轨道的卫星，地球上的人看，就是一上一下，象弹簧振子那样的往复运动。

追问

请问卫星为什么就是圆形轨道？不是椭圆轨道。

追答

既然是人造卫星，为什么不做一个稳定的呢？而要发射一个来回晃来晃去的。

追问

也就是说人造卫星的速度大小始终是不会变的

可是天体运动的速度大小怎么就会变了

追答

人造卫星是人为发射的。
所以会控制它在适当的轨道上，以特定的速度运行。
而且这个速度是垂直于半径的，所以它是圆形轨道。

但是天体，这个速度又没人控制它。

追问

人造卫星需要时刻调节它的速度？

追答

不用啊，但是发射的时候，需要调整速度（包括大小和方向）使它以垂直于半径的速度运行在特定上的轨道上。

追问

可是天体在运动的时候即使一开始速度不是与向心力垂直的，那轨道就会离心，可是为什么它变化了又会近心而不是就在那个位置运动？

可是天体在运动的时候即使一开始速度不是与向心力垂直的，那行星就会离心，可是为什么它变化了又会近心而不是就在那个位置运动？

追答

就象一个弹簧，一开始是压缩的（对比卫星会离心），它运动到平衡位置后，就会静止？

追问

哦，对不起，我没把问题说清楚我再说清楚一点:行星在运动过程中为什么不可以把不垂直向心力的速度分量抵消掉？

追答

人造卫星，在运行到预计轨道后，可以通过喷射气体来实现在某方向上速度的控制（也就是你说的把那个分量抵消掉）。
然后，它就圆周运动了。

但是对于自然的天体，它如何做到？

追问

当天体离心之后不是就可以做到了吗？

追答

进地点，速度垂直于半径。但是速度过大，会出现离心现象。
离心的过程，法向速度增大，切向速度减小（总速度减小）。

当达到切向速度刚好满足引力等于向心力时，如果此时法向速度为0，那么可以圆周运动，但是，法向速度在这之前可是一直增大的。

所以物体会继续离心。但是此时法向速度开始减小。（切向速度还是减小，只是不如法向减小的那么快）。

当法向速度减少到0的时候（此时速度又与半径垂直了），天体运行到远地点。
但由于切向速度太小，它随后会做向心运动。

追问

请问法向是什么？

追答

就是沿着半径方向。

（曲线运动，沿着切线的方向，叫切向。与切线垂直的直线，叫法线，它的方向叫法向）

追问

”进地点，速度垂直于半径。但是速度过大，会出现离心现象。 ”这句话是你说的。 为什么它能够达到比向心力所能承受的速度更大？不是不能够吗？

追答

就因为太大了，它才会，它才会离心运动啊。

如果等于，那就直接是圆周运动了。
而如果小于，那就是向心运动了（那么它此时是椭圆轨迹的远地点）

追问

我想了这么久还是不明白。它既然会离心却又会拉回来，这到底是为什么？是惯性吗？

追答

离心的时候，切向速度会锐减。
所以离心力不会永远大于引力。

追问

我想问的是:离心或者近心的时候它为什么不减速或加速到正好符合圆周运动的条件

但是变为你说的，速度会达到＞圆周运动的条件，然后离心

追答

就好比竖直方向的弹簧。
让它静止时，它会在平衡点是吧。

这时，你拉长/压缩一下弹簧，如果没有空气阻力，它是不是永无止境的来回震荡？
恢复到平衡点时，弹簧的力和重力是平衡了，但是这时候它的速度不为0，它会继续运动的。

追问

这个例子超级好的

为什么会这样？

哦哦

追答

就象弹簧来回震荡一样啊。

在两端，两个力不等（在一端弹力大，另一端重力大），而在中间，力是相等了，速度又不为0。

而卫星，近地点离心力大于引力，而远地点离心力小于引力。
所以在运动的法向上，是先加速，到达平衡点后改为减速。
它永远达不到你所希望的到达平衡点后速度为0