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  • 1 # 量子科學論

    我們都知道地球繞太陽執行,其軌道為橢圓形,在進入近日點執行速度會加快,在遠日點執行速度會降低,根據牛頓第一定律,物體在沒有受到任何靜外力的作用下,會一直保持目前的運動(靜止)狀態,那地球速度的增加還有緩慢是什麼力在起作用呢?

    行星在近日點是怎麼達到最高速度的

    上圖可以看出地球和太陽的執行系統之間只有萬有引力的作用,說明控制地球在其軌道上速度的力是由引力決定的,而且引力與距離的平方成反比。如果一顆行星在一個圓形軌道上執行(就上上圖那樣),那麼它的軌道速度將是恆定的,因為它與中心天體之間的距離是恆定的。也可以認為引力只會垂直於地球的運動方向,因此引力不會給地球施加任何讓其加速和減少的分量。

    然而,大多數行星軌道,包括地球的軌道並不是圓形,而是橢圓形。如果一個行星的軌道是橢圓形,那麼行星和它的恆星之間的距離就不是恆定的,因此行星所經歷的引力加速度不是恆定的。

    其實我們說一個天體或者一個物體繞另外一個天體執行,其準確的描述是:軌道上的物體一直在落向中心的引力天體,但一直在錯過可以撞擊的那個點。舉個例子,如果我們在地球上發射一顆炮彈,它起初的速度很慢,那麼炮彈的執行軌跡就是這樣的:

    圖片:@鍾銘聊科學

    在引力的作用下炮彈只能在其水平速度的基礎上飛行很短的距離,然後砸向地面。那如果我們在讓炮彈加大水平速度呢?

    圖片:@鍾銘聊科學

    炮彈在砸向地面的時候,會飛行更遠的距離,我們注意下上圖中的撞擊點,已經快超出了地球的半徑,或者說已經快錯過與地面撞擊的機會了。那麼再看下圖:

    圖片:@鍾銘聊科學

    這就是一個物體再其軌道上繞另外一個物體執行的情況,它在引力的作用下一直下落,但它的水平速度會讓他一直在錯過於中心物體撞擊的機會。而上圖只是圓形軌道的情況,所以軌道上的物體執行速度也是恆星的速度。而橢圓軌道的情況就不一樣了,物體在其繞中心天體執行時,會因為落向中心天體或者遠離中心天體時出現加速和減速的效果。

    你看,上圖中的天體執行至A點時,其軌道距離會緩慢的靠近太陽,而引力的作用方向會一直指向太陽的中心,在它落向太陽的同時引力會在其軌道方向上提供一個加速度。當它到底B點時,引力與軌道方向垂直,軌道方向上的加速度也將為零,此時天體執行速度最快,在到達C點的過程中又會經歷相反的減速過程。這就是地球在繞太陽執行時,在引力作用下速度增加和減小的原因。

    當然還有一些簡單的定理可以解釋地球加速和減速的原因

    開普勒第二定律指出:

    當行星沿著軌道執行時,從太陽到行星的直線在相同的時間內掃過的面積是相同的。

    引力是一種中心力,無論一個行星在軌道上的什麼地方,引力都把它拉向太陽。而地球在軌道上執行的力矩是引力和兩個天體(太陽和地球)之間的半徑向量的叉乘,這兩個向量在同一個方向上,所以它們的叉乘是零。那麼力矩是零,這就意味著地球執行時的角動量是常數。

    所以,如果角動量守恆,那麼其掃過的面積(面積速度)也一定是常數(開普勒已經說過了)。從上圖中,我們可以看到,要想讓掃過的面積是恆定的,行星在靠近太陽的時候就必須移動得更快,在遠離太陽的時候就需要移動的慢一點。

    後來艾薩克·牛頓爵士也用數學方法證明了開普勒看待這個問題的方式,同時也提供了另一種看待這個問題的方法。就是能量能量守恆定律,行星在軌道上的總能量是其動能和勢能的總和。KE= 1/2 (mv ^ 2,PE = -G(Mm/r)

    從這兩個方程可以看出,隨著行星與太陽之間的距離(r)的減小,勢能減小(離零越來越遠,因為是負數),隨著行星與太陽之間距離的增大,勢能趨於零。同樣,動能也必須成比例變化。近日點動能最大,勢能最小,在遠日點,情況正好相反。

    由於行星的質量(m)是一個常數,改變動能大小的唯一方法是改變行星的速度。所以,如果動能在近日點最大,那麼行星在那裡的速度一定更快,如果動能在近日點最小,那麼行星在那裡的速度一定更慢。

    如前所述,引力是一箇中心力。這意味著總有一個力從行星指向太陽,而行星繞軌道執行時,加速度的方向和行星速度之間的關係會不斷的變化。當行星遠離太陽時,加速度將使其減速,當行星靠近太陽時,加速度將使其加速。所以,我們可以看到,在遠日點,行星的執行速度是最慢的,在近日點,它的執行速度是最快的。

  • 2 # 星球時空聯盟

    ①太陽透過九維時空通道傳輸的超級能量佔地球自轉以及跟著太陽轉所需總能量的67.13%;

    ②地球核心的巨量鑽石提供了地球自轉以及跟著太陽轉所需總能量的12.36%;

    除此之外,地球靈魂還會到處抓獲能量儲存到地球核心的鑽石之中,這樣才能保障地球卓越升級所需的能量了。

  • 3 # 力學Nerd王小胖

    上學期的《理論力學》剛結束,所以大二的同學們對這個問題應該不陌生。實際上,早在物理中就已經介紹過這種現象了,就是著名的開普勒第二定理。但是這個定理僅僅是現象的描述,並未深入其本質。我就從開普勒第二定理開始,從現象到本質,揭示地球在近日點加速的力學原因。

    1、從觀察資料到現象總結——開普勒第二定理

    物理中學過一個非常著名的定理,就是開普勒第二定理。具體描述是這樣的:行星圍繞恆星運動時,行星單位時間掃過的面積是一樣的。如下圖。在這個定理的安排下,近日點的速度就快於遠日點了。

    開普勒能夠總結出這樣一個定理是非常了不起的。當時,在16-17世紀,科學遠沒有現在這麼發達。特別是牛頓力學,也才剛剛發芽。開普勒能夠發現這樣一個規律,完全是其自身強大的資料處理能力。開普勒第二定律不是來自理論推導,而是實驗觀測。

    開普勒就像一個大資料處理超算電腦,透過他的老師,著名的第谷觀測到的實驗資料,開啟了大資料模式,從海量的資料中,發現了這麼一條規律。這個能力,即使放到現代,也不見得有人具備這樣的手動發現的能力。要知道,那個年代,可沒有電腦。

    2、從力學現象到力學本質——動量矩定理

    正如上所述,開普勒第二定理畢竟是從實驗觀測資料得到的,雖然完美地解釋了近日點速度快之謎,但是卻缺乏理論依據。隨著牛頓力學的發展,三大定理:動量定理、動量矩定理、動能定理,相繼被發現。

    其中,動量矩定理正是開普勒第二定理的理論依據。動量矩定理告訴我們,質點對某點的動量矩對時間的導數,等於外力對同一點的力矩。對於地日系統,某點就是太陽。而地球受到的引力始終指向太陽(過太陽),也就是說地球受到的引力不產生力矩。因此,地日系統滿足動量矩守恆,如下圖。

    從動量矩守恆,到面積速度定理,推導過程如下,感興趣的可以仔細推導一遍。

    從上述的推導過程,就足以證明,開普勒第二定理的理論依據來自於動量矩的守恆。

    3、總結

    行星近日點速度加快,其力學本質在於行星系統處於一個動量矩守恆的狀態下,由此可從理論上推匯出單位時間行星掃過的面積是一樣的。因此,近日點速度快,遠日點速度慢。

    更多詳細的力學理論,可點我頭像,檢視我的理論力學專欄——動力學部分。

  • 4 # 明學23

    今日是大年初一,做為禮物,我來給大家講一講我的心得,算是給各位同行的新年禮物,同時兼為科普。

    仔細看了各位同行解答,發現只是流於表像,未及根本。

    關於樓主出題的錯誤,量子科學已經指出,但這不是問題的關鍵,關鍵的問題是行星為什麼會做橢圓的繞日運動,只有將這個問題弄清楚了,其它的問題便迎刃而解。

    為此,我們應該將整個恆星系做為一個系統來認識與理解。

    首先我們來考慮一個簡單的恆星系統,一個恆星與一個行星。

    此時據牛頓萬有引力定律,這個行星繞日運動應該是圓周運動,且是勻速的。

    但實行情況可能並非如此,參考地月系統。什麼原因呢?這是因為牛頓的萬有引力定律,將參於引力作用的兩個物體,做質點處理。這便有上述的勻速圓周運動,真實的情況是,兩個相互作用的物體以它們之間重心為中心而相互繞行。相互繞行的運動方式,與兩者的相對引力質量,以及各自的大小與形狀相關,與兩者的距離有關,基本上可以確定的是:它們相互繞行的軌道是㮋圓形的,且是封閉的。

    太陽系由多個行星構成,它們之間也有引力作用,這種作用造成對行星軌道的擾動,由於行星之間的距離是變動是無常的,這便使得行星的橢圓軌道是不封閉的,同時他也是行星產生進動或者章動的原因。

    行星繞日運動的標準軌道是圓周運動,橢圓軌道相當於行星在不同軌道上躍遷。躍遷的過程必然伴隨著行星速度的增加或減少。這是行星速度增加或減少的真正原因。當行星升高軌道時,速度減少,當行星降低軌道時速度增加。

  • 5 # 流芒流

    近日點,太陽對地球的引力大,相對的地球對太陽的排斥力也大。相當於作用力大,反作用力也大。當兩個作用力都大時自然飛離的動力大,速度快。除非太陽引力大到能把地球吸往太陽撞向太陽,那就另當別論。

  • 6 # ccc222929359牡丹哥

    是對物質精神的無限追求,從獲得與放開,即從社會最需要的角度視野尋求,而猛然間與自然力量的無限思想聯絡上,似是偶然而並非偶然,偶然是由持續的尋找而來臨!

  • 7 # 葉葉的鍵盤音樂

    哈哈,簡單的問題,這是一個動能和勢能轉換問題,勢能轉換成動能,必然要加速,就像蘋果從樹上掉下來,落到地上是個加速的過程一樣!

  • 8 # 氣候變化愛好者

    地球繞太陽執行,是地球南半球擺動中心力的作用下在近日點加快速度的,冬至到春分通常是89天,地球在遠日點時北半球擺動中心開始力的作用,執行的速度比南半球擺動中心力的作用執行時的速度慢,夏至到秋分通常是93天,地球的結構是橢圓形,北半球細長南半球粗短,透過力學效應南北半球的擺動中心開始力的作用時的速度完全不同。

  • 9 # AA松哥

    近日點太陽引力變大,但還不足以吸引撞日,地球運動軌跡一定稍有變化,如果地球壽命衰老加速,質量不斷下降,而太陽還在生命力最旺盛的時期,引力不斷增強,地球到最後不是近日點撞日,就會遠日點流浪

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