1樓:
[1]由於地球受到萬有引力。而萬有引力有兩個性質:
(1)大小與距離的平方成反比,與質量成正比;
(2)方向處在兩兩之間的連線上,為引力。
而才太陽參考係下,太陽視為定點。所以萬有引力是指向定點的有心力。
這樣,問題就可以簡化為研究有心力運動的問題。
有心力作用下質點的運動有兩個性質:
性質一:(1)質點的動量矩(角動量)守恆
證明:設動量矩為
為萬有引力, 為地球在太陽參考係下的位置向量。
設位置向量對應的單位向量為 ,故
由於 ,所以
對應的積分得到動量矩為常量,即動量矩守恆。
那麼根據性質一又可以得到兩個推論:
(i)有心力作用下,物體作平面運動,運動平面垂直於動量矩。
(ii)有心力作用下,物體掠面速率為常數。即定義常數 ,說白了就是克卜勒第二定律。
性質二:(2)質點的機械能守恆
前提是只考慮有心力,而不考慮內力。
證明:我們知道乙個標量場的梯度無旋。設標量場為 。即:
反之也成立,也就是說,對於乙個向量場 ,若向量場無旋,那麼該場一定可以作為乙個標量場的梯度。即
若 ,有 ,那麼必然 ,滿足 。所以,若有心力場是乙個保守場,也就是可以對應為乙個標量場的梯度。那麼這個力場的旋度為0,即試證明:
成立,又有分量形式: 。證明 使該式成立即可。
可知其行列式表示為: 不妨任意令 ,即證明
成立令 ,那麼有
所以分量形式為
再求偏導得到
同理 。所以 即機械能守恆。
得到萬有引力關於有心力下得性質後,開始著手建立動力學方程吧
由於物體的平面運動,我們可以以太陽為極點,黃道面為平面建立極座標系,得到三個方程:
(1)質點運動微分方程:
(2)動量矩守恆:
(3)機械能守恆:
由於萬有引力滿足平方反比定律,線積分得到引力勢場表示式
設萬有引力: ,積分有: 聯立上述四個方程得到最終的關於 的微分方程:
定義一維勢函式:
該勢能曲線形狀特點大致如圖所示:
其中紫色線代表了機械能 的值。由於 ,所以 曲線能夠取到的部分為直線 的下方,而曲線與該直線的交點的橫座標 分別代表了近日點和遠離點距離。
該方程的解為。
當近日點距離 時(R是太陽半徑),地球不會落入太陽。
然而很明顯,決定 大小的引數分別有 ,而 對應的太陽質量是給定的,所以只有三個引數,分別對應了:
m:地球質量
h:由地球公轉動量矩決定
由於地球關於這三個引數滿足,所以地球不會落入太陽。
2樓:徐敏
就是因為地球在做圓周運動才有了離心力。於是保持了對太陽的乙個相對合適的距離。但是事情又沒那麼簡單,因為地球在軌道裡公轉還是會和真空摩擦的,因為這個真空並不是完全什麼都沒有的絕對真空。
那麼就會逐漸變慢。速度每降低一點就會被太陽拉近一點。所以最終還是會和太陽擁抱的。
當然如果太陽能量降低到一定級別也會來次大膨脹吞沒地球。而越離太陽遠的公轉圓周越穩定的活的越長。反之越短,比如哈雷的大橢圓決定了它很快就會消亡。
雖然它的遠日點很遠,可是近日點太近再來幾次訪問它就要別離了。所謂天下大勢合久必分,分久必合。
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