天体为什么会做椭圆运动 天体的运行轨道有三种,一个是椭圆轨道,一个是抛物线轨道,一个是双曲线轨道。每种轨道都有它的轨道能量,能量小于零的是椭圆轨道,能量等于零的是抛物线轨道,能量大于零的是双曲线轨道,能量是指引力势能和动能之和,引力势能取无穷远处为零。
椭圆运动的公式, 首先,要弄清开普勒运动中的一些守恒量.r是物体与中心天体的距离,v是物体速度,m是物体质量,M是中心天体质量,L是物体角动量,θ是物体速度与物体和中心天体连线的夹角.角动量守恒:L'=mr'×v'(其中L',r'与v'是矢量,×是叉乘)机械能守恒:这个不用说了,不过用机械能来推导好像很难推导.然后就是隆格-愣次矢量,这个是从纯理论上推导出来的守恒量B'=v'×L'-GMmr'/r=常量r'·B'=r'·(v'×L')-GMmr=L'·(r'×v')-GMmr=L^2/m-GMmr其中r'·B'=rBcosθ解得:r=p/(1+εcosθ)式中:p=L^2/(GMm^2),ε=B/GMm这便是极坐标下描绘的圆锥曲线,ε是离心率,p是半正焦弦然后是你“顺便”的问题,我只能告诉你,是相等的根据开普勒定律,开普勒运动物体轨迹半轴长a=K^(1/3)T^(2/3)(其中K=GM)也就是说,周期一定的运动,那么它的半轴长就确定了(不管是圆还是椭圆).然后根据a=-GMm/(2E),也就是说,能量只与半轴长有关.这个你用上面式子算算看是不是,反正我是懒得算了.
天体运动中为何轨迹为椭圆则能量为正,为抛物线能量为0,为双曲线能量为负? 你说错了,轨迹为椭圆能量为负,抛物线能量为零,双曲线能量为正。这主要是根据势能和动能之和来划分的。无穷远处的势能是0,能做椭圆运动说明动能和势能之和小于无穷远处的势能,不然就会跑到无穷远处去了。而抛物线轨迹的天体正好不能做椭圆运动,动能和势能之和等于0;做双曲线运动的物体能够挣脱束缚,动能和势能之和大于零。