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萬有引力可以解釋嗎?
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  • 1 # 刁博

    當然可以解釋。從理論上講,行星繞太陽的公轉軌道是圓形的機率非常非常低,低到幾乎為0。即使銀河系中真的發現了一個軌道是圓形的行星,它的圓形軌道也不會一直保持下去。

    假設行星的軌道是標準的圓形,可以列出萬有引力提供向心力的表示式GMm/r²=mv²/r,其中G是萬有引力常量,M是中心天體的質量,m是行星的質量,r為軌道半徑。由此可以知道,在一個確定的軌道上,行星線速度的大小是一個定值。

    把行星放到距離太陽為r的地方,只有行星的速度大小嚴格滿足定值,並且速度的方向和行星與太陽的連線嚴格垂直的時候,行星才能做標準的圓周運動。如果稍有偏差,行星的運動軌跡就會變為橢圓。

    而且,宇宙中並非是嚴格的真空,行星運動的時候還會受到微弱阻力的影響。還有,恆星甚至行星的質量也並不是嚴格不變的,這樣行星所受的萬有引力也會發生變化。即使真的有一顆行星某一時刻恰好滿足做圓周運動的條件,很快這種條件就會被打破,行星又開始了沿橢圓軌道的運動。

  • 2 # 謎一樣的目光

    這是由太陽系的引力分佈不均勻造成的,太陽與行星,行星與行星之間引力相互作用造成了引力在空間分佈上的不均勻性,引力的這種不均勻造成了行星公轉速度在軌道上的變化,而速度的變化造成了公轉軌道形狀的變化,這樣就有了近日點和遠日點(橢圓軌道)。

  • 3 # 艾伯史密斯

    答:一般的解釋,用開普勒定律就行了;要去證明這個結論,對數學有較高要求;不過相信有部分讀者,希望我能給出嚴格數學的證明,那我們就來試試吧!

    萬有引力的歷史

    開普勒定律,在1618年由德國科學家開普勒提出,開普勒第一定律就指出了行星執行的軌道為橢圓;萬有引力定律,在1687年,由牛頓於《自然哲學的數學原理》上發表。

    兩者是統一的,開普勒定律是萬有引力的表象,意味著我們可以由萬有引力定律,去推導開普勒三大定律。

    在歷史上,最先有萬有引力和距離平方成反比想法的,是英國科學家胡克,就是那個對牛頓來說嫉惡如仇的胡克。

    最先胡克是牛頓的領導(英國皇家學會會長),胡克在數學上遠遠不及牛頓,雖然胡克有了萬有引力的想法,但是僅限於想法而已。

    好比某些民科,天天嘮叨這個是錯的,那個是不對的,我的說法才是對的!然而,並沒有什麼用,因為他只會做“猜想”,然後什麼也做不了!(當然,我的意思並不是貶低胡克,胡克也是一位偉大的科學家)

    胡克就失敗在這裡,不然發現萬有引力的皇冠,就是他的了!

    胡克還是英國皇家學會會長時,請教過牛頓,問牛頓是否能透過“引力和距離平方成反比”,來推導行星橢圓運動規律,牛頓給胡克的回答是肯定的,但是並沒有告訴胡克具體的推導過程。

    牛頓大神利用自創的微積分,加上天才的頭腦,推導行星橢圓軌道,簡直就是易如反掌。

    以至於後來牛頓和胡克,因為“萬有引力第一發現者”而結仇,當牛頓坐上英國皇家學會會長的位置後,恨不得把胡克打入“十八層地獄”。

    萬有引力定律推導橢圓軌道

    在這裡,我們不用牛頓的證明方法,我們藉助虛數的性質來證明,會更容易些,但是過程並不簡單。

    第一步:

    萬有引力定律大家都知道,但是大家知道萬有引力的向量形式嗎?

    其中(-e^iθ)藉助尤拉公式後,表示的就是單位大小的向量因子,給出了萬有引力的方向,同時與萬有引力結合參與運算;至於負號,是因為θ=0時,萬有引力方向指向原點;然後利用牛二定律,得到加速度a。

    第二步:

    這裡,我們需要來研究一下,速度和加速度極座標的微分形式:

    請記住這兩個方程,後面需要反覆用到。

    第三步:

    根據前面萬有引力得到的加速度公式,和(2)得到微分方程:

    是不是有點嚇人!

    第四步:

    不過注意啦!我們引入虛數是有原因的,我們讓實部等於實部,虛部等於虛部,就能化簡為兩個微分方程。

    第五步:

    對於第一個微分方程,不就是一個分部積分嘛,立馬得到:

    其中c1為積分常數,有人可能看出來了,這是開普勒第二定律——面積定律!我們得到了一個結果,看樣子並不難!

    第六步:

    但是對於第二個微分方程,求解很困難,我們先放到一邊;因為對於第一個微分方程,我們還沒利用完,把面積定律的結果,再次帶入最先得到的加速度公式:

    第七步:

    然後把我們得到的速度,帶入速度的微分形式(1):

    第八步:

    這裡,同樣可以簡化為兩個微分方程:

    第九步:

    對於第二個微分方程,再次帶入面積定律,將得到萬有引力下,物體運動的軌跡方程:

    這不就是,圓錐曲線的標準方程嗎?其中e為偏心率!

    (1)當e=0時,曲線為正圓;

    (2)當0<e<1時,曲線為極點在下焦點的橢圓;

    (3)當e=1時,曲線為開口向上的拋物線;

    (4)當e>1時,曲線為極點在上焦點的雙曲線;

    分析

    至於偏心率實際為多少,取決於c1、C和GM,為大天體的引力場分佈,和小物體的初始狀態;sinθ=-1為近日點,sinθ=1為遠日點。

    如果你帶入地球的引數,e肯定在(0,1)之間,有興趣的讀者朋友,可以去是試一下,在這我不詳述帶入資料的過程。

    總結:我們以萬有引力定律為基礎,推導了開普勒第一定律和第二定律,並給出了準確的軌道方程;其中關鍵的,就是中間藉助了虛數i來參與運算,這樣大大簡化了推導過程;如果不使用虛數i,考慮方向的情況下,推導過程將會十分複雜。

  • 4 # mmjhH

    可以是正圓,不是不可以。牛頓不是有一個思想實驗嗎,說在一個很高的山頂沿水平方向扔石頭。如果速度越大石頭飛出的距離就越遠。如果這個初速度大到一定程度石頭就不會落下來了,而是繞著地球轉。如果再大點就會以拋物線飛離地球。因此不同的初速度大小和所要克服的引力的大小,形成的是圓錐曲線軌道,圓錐曲線包括正圓吧?不好意思沒圖

  • 5 # i沙漠駱駝

    突然有個發現,圓這個圖形或物體,好像都是人類發現的假象或製造的物體,實際宇宙中大自然中好像沒有自然形成的規則的圓形,不單行星執行的軌道,就連地球上各種鳥類的蛋都是橢圓的,這樣說來,圓只是人類製造的產物和圖形,大自然或宇宙中的型物是不會以純圓形狀出現的

  • 6 # 天文線上

    【為什麼行星的軌道是橢圓的?】

    萬有引力!所有可見的物質都具備它!因為行星不止一顆,行星與行星之間都會受到彼此引力的影響,這就是它們之間的攝動或軌道共振。

    首先我們從逆向思維來思考,如果物體做完美的圓周運動,那麼它將不受任何來自外力的干擾。想象一下,這肯定是不可能的,因為宇宙中的物質太多,多少都存在萬有引力對其的干擾。比如我們的太陽系,除了8大行星以外,還可能隨時會有遠處飛來的彗星以及小行星。(萬有引力可以用在短時期事件中)

    當軌道離心率e=0時,便是做圓周運動,但幾乎是不可能的事情。當軌道離心率為0-1時,便是我們熟知的橢圓軌道,我們所有的行星就是這樣的軌道。它必須是這樣的軌道,因為它們之間都會互相影響,以此橢圓軌道來穩定各自的運動。當軌道離心率e=1時,便是拋物線軌道。當軌道離心率e大於1時,便是雙曲線軌道,如彗星的軌道。

    在太陽系行星中離心率最低的為金星,其離心率值小於0.01,約為0.007,這是什麼概念?意思就是金星的軌道最接近於圓形,但還是不是圓的,會受到其它行星引力擾動的影響。水星擁有太陽系行星家族中最大的離心率(約0.2408),圍繞太陽公轉的軌道是很“顯眼”的一個橢圓。

    還有一點需要知道的就是軌道共振,它可以是軌道穩定的執行。軌道共振,粗略的講就是兩個天體之間的公轉週期性有著簡單的整數比,如某一天體公轉2周,另一個天體恰好公轉3周,這樣它們的軌道一般很穩定(但有例外)。

    最後引用斯蒂芬·霍金教授《大設計》裡面的話:“這一切都是上帝創造出來給我們看的……,如果您能理解為什麼會這樣的話,那麼您將會見到上帝本人。”

  • 7 # 平常人246089341

    所有天體不是標準的球形,只是看上去像是球形,當圍繞太陽轉時,離心力會把中部推開,把頂部拉回來,所以是橢圓軌道。

  • 8 # 老鼠愛上懶貓

    有個疑問誰能解釋下,既然是橢圓軌道,必然是近日點公轉速度快,遠日點速度慢。為何春分到秋分的時間段正好是一年的一半?北半球近日點時處於冬天,因公轉速度快,難道不應該是冬天短,即秋分到下一年春分時間短些嗎?為何也是六個月?

  • 9 # 青山綠水250400698

    因為太陽在公轉。

    太陽在公轉的同時透過萬有引力作用甩轉了整個太陽系,正是這種甩轉作用,所以太陽系行星運動具有同向性、近圓性、共面性,以及遠日點和近日點,這也導致軌道為橢圓。又由於太陽軌道並非直線而是曲線,所以行星運動又具有不同程度的進動現象,且進動方向應在太陽軌道內側。

    太陽公轉時對行星有牽引、甩轉、加速作用,這種作用會對行星作功,所作功為行星運動提供動力,從而克服太空阻力而飛行。行星在公轉的同時又帶動了自身自轉,有公轉必有自轉。

    宇宙中大小天體、星系普遍存在這種“甩轉作用”,級級相連,層層傳遞運動能量。即銀核公轉時甩轉了銀河系;其中之一太陽獲得能量繞銀核公轉,同時甩轉了太陽系;其中之一地球獲得能量繞太陽公轉,同時甩轉了地月系,當然也甩轉了人造衛星、空間站等人造天體!級級上推,終極動力則來源於宇宙星系迴圈演變過程!

    此是正解,其餘說法都是因為橢圓,所以橢圓???

    附:甩轉作用作功表示式,W=FS=Fscosθ=fs,W為地球一個公轉週期<1年>太陽引力對地球所作的功,F為地球與太陽間的引力、S為地球一個公轉週期太陽位移,θ為太陽引力方向與地球公轉方向的夾角,f為地球公轉阻力、s為地球一個公轉週期軌道長度。其餘類推。

  • 10 # 昊田2

    個人認為,這與行星軌道的形成有一定的關係。一般來講太陽系中行星的形成有兩種形式,一是自身團塊內物質的丟擲,另一個就是外來物體的捕獲。不管是自身物質丟擲還是外來物體捕獲所形成的行星軌道都只能形成橢圓形軌道,而不能形成圓形軌道。首先,丟擲物形成行星在形成時有一個初始拋射力,在它被太陽引力拉回來之後就只能形成橢圓軌道了;而捕獲行星有捕獲前行星的衝力,在被太陽引力拉回之後也只能形成橢圓軌道。外來天體被太陽捕獲所形成的行星軌道的橢圓率會更大,這一點應該與外來天體與太陽的距離成正比,就好比哈雷慧星,它的橢圓率是非常之大的。

    以上是個人觀點,不喜勿噴。

  • 11 # 原黃烈平

    提問者這個圖實際,正確,橢圓形軌道確實與萬有引力為主導,這個圖就是一個力的方向,似水波流動力,以前回答過,這個力就是宇宙電磁波場規律流動方向,也是宇宙在自轉,為大環前行力,而太陽對幾大行星之引力為小環力,兩個力的較量,在軌道某個段面,一個前拉,一個往回繞行,故成橢圓形,如果只有太陽一個引力,繞日軌道必然是正園形,橢圓形軌是形成行星四季的根本道理,就是說兩個力作用下地球以赤道面為準之上下規律傾斜形成四季,宇宙波場粒子前行力為宇宙總引力,是它帶動星系前行,當然必然影響行星,並不是時時吹虛的黑洞力,橢圓形軌道也反過來證明宇宙電磁波場粒子在規律自轉。

    自從我發表以來,舊論又穩不住了,又開是提問糾纏,鐵的事實和道理,就是不服,說白還是妒忌心,包括某些專家,單一一個力無法形成行星的橢圓形軌道,要想撼動行星軌跡非一般常力。

  • 12 # 宇恆七

    行星橢圓軌道的形成,它是銀河系與恆星太陽系兩個層次的靜力場梯度相互穿越行星球體傳動而完成。可以以實物演示橢圓軌道執行現象。

  • 13 # 中國仝衛明

    實驗證明:即使太陽系中只有一顆行星,它繞日公轉的軌道都是橢圓,對實驗感興趣的朋友,在瀏覽器中輸:仝衛明,敬請觀看實驗演示影片

  • 14 # 永動機45

    萬有引力是不存在的,冷行星圍繞恆星轉是因為恆星輻射產生的線體磁感應磁場,我們知道可以自旋的粒子在磁場中運動,粒子的軌跡是圓曲線圖形,地球在宇宙中就好比是一個可以自旋的粒子,地球在磁場中運動也照樣是圓曲線運動,。原理是粒子定向移動,都會偏碰其它粒子,其它粒子就會產生自旋,當有粒子與自旋粒子相碰撞時,粒子的運動方向受到自旋粒子的自旋能的摩擦力,就會形成一個合力,如果一個物體向前運動,與所以自旋方向一致的自旋粒子相碰撞,物體就會受到自旋粒子的自旋能的作用改變運動方向,呈曲線運動。

  • 15 # 沛錦看太陽

    其實行星的軌道並不是橢圓,甚至不是閉合曲線,因為從廣義相對論的角度考慮,引力會導致空間扭曲,使得實際的行星軌道偏離經典牛頓力學給出的橢圓軌道。

    近似

    對於不同的問題,可以取不同的近似方式。

    比如水星進動,考慮廣義相對論和不考慮廣義相對論帶來的誤差是每年4.3秒,在大部分粗略的軌道計算中是可以忽略的。而在更粗略的問題中,比如,計算哪個月有金星凌日,行星軌道就可以假設成正圓,這個時候都不用考慮金星的橢圓性。

    所以圓形軌道是偏心率比較小的橢圓軌道的近似,橢圓是對行星軌道更精細的描述,而考慮廣義相對論的空間扭曲,是對行星軌道更精細的估計。

  • 16 # 藍天182552231

    沒有絕對的圓也就是兀無法算盡的道理。任何物體在自由運動中都是以圓在運動,比如把人蒙上眼晴不讓看見周邊物體,也是按圓走的。

  • 17 # 陽洋21055120

    自然形成的不可能成完美的正圓,太陽系的八大行星偏心很低了。而發現的系外行星不少偏心率很大,一年甚至是冰火兩重天!

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