Question

这几天突然想到一个问题:就是万有引力提供了行星绕恒星运行的向心力，但是是什么让行星有这个线速度的？

Answer 1

万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的大小和物体的质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大，它们之间的万有引力就越大；物体之间的距离越远，它们之间的万有引力就越小。
两个可看作质点的物体之间的万有引力，可以用以下公式计算：F=GmM/r²,即
万有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。其中G代表引力常量，其值约为
6.67×10ˆ‐11
单位
N·m²
/kg²。为英国科学家
卡文迪许通过扭秤实验测得。
万有引力的推导：若将行星的轨道近似的看成圆形，从开普勒第二定律可得行星运动的角速度是一定的，即：
ω=2π/T(周期)
如果行星的质量是m，离太阳的距离是r，周期是T，那么由运动方程式可得，行星受到的力的作用大小为
mrω²=mr（4π²）/T²
另外，由开普勒第三定律可得
r³/T²=常数k′
那么沿太阳方向的力为
mr（4π²）/T²=mk′（4π²）/r²
由作用力和反作用力的关系可知，太阳也受到以上相同大小的力。设太阳的质量为M,从太阳的角度看，
M（k″）（4π²）/r²
是太阳受到沿行星方向的力。因为是相同大小的力，由这两个式子比较可知，k′包含了太阳的质量M，k″包含了行星的质量m。由此可知，这两个力与两个天体质量的乘积成正比，与两个天体距离的平方成反比。如果引入一个新的常数G（称万有引力常数），那么可以表示为
万有引力=GmM/r²
两个通常物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不予考虑。比如，两个质量都是60千克的人，相距0.5米，他们之间的万有引力还不足百万分之一牛顿，而一只蚂蚁拖动细草梗的力竟是这个引力的1000倍！但是，天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球，对其他的物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。
当在某星球表面作圆周运动时，可将万有引力看作重力，既有mg=GmM/(r²)
，此时有GM=gr²，为黄金代换公式。且有GmM/r²=mv²/r=mrω²=4π²mr/T²=mg。（此结论仅用于星球表面）
它运行的轨迹不一定是圆的。