我用分析力学得出的结论说明一下吧
天体的运动属于有心运动、二体问题、一般选择平面极坐标系
假设原点选在地心(地球-恒星坐标系)、经过一系列数学推导能够得到有心力作用下的轨道微分方程、这个方程也叫比内公式(推导比较复杂、需要的话追问)
我们着重来看平距离方反比作用下的结论、也就是天体运行的规律
比内公式的通解为
高中的话对极坐标系应该有初步的了解(不知道你的知识层面)、很容易知道这是圆锥曲线的标准形式、如果以无限远处为势能零点的话,体系的机械能
下面来讨论一下:E<0时,e<1,轨道是椭圆、这是一般的行星、卫星轨道
E=0时,e=1,轨道是抛物线、一些彗星轨道
E>0时,e>1,轨道是双曲线、某些卫星发射时、还有一部分彗星轨道
从受力上分析
一般的二体系统是互相绕着这两个天体的质心做圆周运动的、而不是一个天体绕着另一个天体做圆周、这样如果以一个天体作为参考点的话、另一个天体就是椭圆轨道了
对于行星、恒星系统、由于质量基本上集中在恒星上、两个天体的质心基本上就在恒星上、所以看起来就是地球绕着太阳做圆周运动、
此时、万有引力可分解为两个力:切向和法向、法向的力就是一般匀速圆周运动的向心力
切向分力改变天体运动速度的大小
法向分力改变天体的运动方向
这位同学,首先要弄明白的是不论是圆周运动还是椭圆运动,它们受力都只有万有用力。向心力是一个效果力,这里都是有万有引力来提供的,但在椭圆的近地点时,卫星接下来做的是离心运动,而在远地点时将做向心运动,所以,在近地点和远地点其受力都是万有引力,向心加速度等于万有引力除质量,但速度就不能用万有引力等于向心力来计算了,因为离心时速度大于计算速度(向心力大于万有引力),向心时速度小于计算速度(向心力小于万有引力)。
卫星在轨道上只有万有引力作用。受力的方向与运动方向垂直的时候,才会做圆周运动。而卫星运动方向与万有引力的方向不是垂直,万有引力方向有运动分量,所以才会做椭圆运动。仅供参考
椭圆轨道只是从这个圆周运动过渡到另一个圆周运动的轨道,需要一定的摆脱速度。
卫星运行,靠的不是万有引力,而是自身燃料燃烧提供的冲力,从而具有一定的速度。如果速度很小,在万有引力的作用下,会把它重新拉回地球。如果速度刚好达到某个值,万有引力刚好能提供向心力,就会做圆周运动。如果大于这个值,不足以提供向心力,就会做离心运动,速度越来越小,又被拉回来,因为惯性的原因,最后就成了往返运动,轨迹就是椭圆