由運動方程式推導橢圓軌道

從最接近太陽的位置,沿垂直於太陽與行星連線的方向發射行星。觀察行星僅受太陽引力作用時,繞行約⁠1⁠圈的軌道。

次の近日点に達するまで、太陽のまわりを何度回るか?

用公式解釋現象

  1. 1以距離與角度表示加速度ar=⁠r − r θ²⁠,aθ=⁠(1r) d(r² θ)dt……
  2. 2代入萬有引力,寫出2⁠個方向的運動方程式m (r − r θ²)=⁠−G M mr²⁠,(mr) d(r² θ)dt=⁠0……
  3. 3由角向運動方程式推導角動量守恆r² θ=⁠h(定值)……
  4. 4令u=1/r⁠,將時間微分改寫為對θ⁠的微分u = 1r⁠,r = −h² u² d²udθ²……
  5. 5代入運動方程式,整理成u⁠的方程式d²udθ² + u=⁠G Mh²……
  6. 6寫出簡諧運動的解,求出u⁠再次達到最大值時的角度u=⁠(G Mh²)(1 + e cosθ)……
  7. 7換回r⁠,判斷軌道形狀r=⁠ℓ1 + e cosθ……
  8. 8利用近日點與遠日點,建立軌道形狀與能量的關係e²=⁠1 + 2 E h²(G M)²……
  9. 9由面積速率求橢圓軌道的週期T²=⁠(4π²G M) a³……
  10. 10在引力中加入1/r³⁠項,改寫u⁠的方程式d²udθ² + (1 − κh²) u=⁠G Mh²……
  11. 11由u⁠再次達到最大值時的角度,求近日點的偏移Θ=⁠360°√(1 − κ/h²)……