地球為什麼會公轉,為什麼軌道是橢圓的?

時間 2021-06-03 19:02:05

1樓:

一、地球為什麼會公轉?

根據經典時空觀,兩個物體之間存在引力,這個引力的大小和兩個物體的質量以及距離有關。公式是:。G是個常數。

所以地球受到太陽的引力。理論上,地球和太陽應該互相靠近。但是由於地球和太陽的質量差距太大,這個力對太陽的作用可以忽略不計。

根據向心力公式,,地球在圍繞太陽做勻速圓周運動,而且速度要剛剛好,才能不被太陽吸進去。此時萬有引力提供向心力。這就是為什麼地球在公轉。

二、為什麼軌道是橢圓的?

不是因為有斥力在作用,也不是因為有離心力。事實上,這兩個力都是不存在的。所謂「離心力」指的一般是離心運動,這是因為上述那個向心力公式中,v過大,導致要達到新的平衡,需要增大r,因此地球和太陽的距離變遠。

這種離心運動是向心力過小的結果,而不是「離心力」作用的結果。

眾所周知,圓上任意一點到圓心距離相等。從上述描述中我們可以看出,若想維持r不變,只能維持v不變。而宇宙中這種不變要想維持是很困難的。

我們想象這樣一種情況:比如地球離太陽的距離是r,此時速度是1.1 v,而二者的引力只能讓地球在這個高度以v的速度做勻速圓周運動,那麼會發生什麼?

地球灰出去了,離太陽越來越遠。遠到一定程度,根據能量守恆定律,地球的動能轉換成引力勢能,所以速度變小。小到可以被當前高度的向心力F捕獲的時候,地球又開始往回飛,速度不斷變大,最終回到開始的地方。

這就是橢圓軌道的形成。

建議題主體驗一下《坎巴拉太空計畫》這個遊戲,會對以上過程有很深刻的理解。

2樓:特斯拉貓

橢圓形的軌道跟斥力沒有關係,根據萬有引力公式可以解出繞行曲線是圓錐曲線,被繞星體處於其中乙個焦點上,標準圓是可能存在的,但機率非常小,就像你用乙個平面隨機切乙個圓錐,截面剛好平著,或者說截線剛好是標準圓的可能性是非常小的,大多數是橢圓。

用恆星捕獲行星的方面說,行星繞行受到各種因素影響,如果要地球完全按照正圓軌道運轉條件是十分苛刻的,首先就必須讓太陽的其他行星消失,接著離太陽比較近的恆星也必須消失,否則他們就會對地球產生影響導致地球運轉軌道的改變。 地球繞太陽公轉,在給定的能量的條件下,可能的軌道有無數條,圓軌道只是其中的一條而已。如果想要地球按正圓軌道執行,地球的能量,動量要滿足一定條件。

就是任一時刻,地球的動能Ek和勢能Ep的關係滿足 Ek = -Ep/2。或者說當 Ek = -Ep/2時,地球運動方向垂直於日地連線。這個條件非常苛刻,即便是地球在正圓軌道上執行,一點微小的擾動都可以改變這種狀態,使得地球在新的橢圓軌道上執行。

所以橢圓軌道是穩定態(繞行態)最常見的軌道。

不穩定狀態,也就是其他圓錐曲線也是存在的,可能某顆彗星接近太陽後,在近日點加速,然後被甩出去再也不回來,軌跡就是雙曲線的一支(忽略自轉或其他干擾)

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