先備知識圓周運動與離心力力學能守恆的條件

萬有引力與行星運動

小天體沿著以中央恆星為一個焦點的橢圓軌道運行。起初,恆星到軌道最遠點的距離是到最近點距離的2⁠倍。

最遠点での速さは、最接近点での速さの何倍か?

用公式解釋現象

  1. 1寫出萬有引力F=⁠G M mr²……
  2. 2由運動方程式推導角動量隨時間變化的關係式d(𝐫 × m𝐯)dt=⁠𝐫 × 𝐅……
  3. 3由指向中心的力推導角動量守恆𝐫 × m𝐯=⁠定值……
  4. 4求出最近點與最遠點的速率比v遠v近=⁠r近r遠……
  5. 接下來討論圓形軌道,由橢圓軌道兩端的情況轉為半徑固定的軌道。
  6. 5求出圓形軌道的速率v=⁠√(G Mr)……
  7. 6求出位能U=⁠−G M mr……
  8. 7應用能量守恆½ m v²−⁠G M mr=⁠E……
  9. 進階:地球與月球的運動及軌道定律
  10. 8應用於地表g=⁠G MR²……
  11. 9驗證月球也在下落a月=⁠g (Rr)²……
  12. 10求出週期與半徑的關係T²=⁠(4π²G M) r³……
  13. 11求出逃逸速度v=⁠√(2 G MR)……
  14. 12以數值解觀察軌道形狀m d²𝐫dt²=⁠−G M m 𝐫r³……