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1 # 使用者3558906646263
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2 # 微笑的水半島稻葵
可以計算一下,設中心天體質量為m,衛星質量為m,分別在半徑為r的軌道上執行
先考慮引力勢能,e=-gmm/r,注意這裡的引力勢能是負的,取無窮遠出為零勢能點。
再考慮衛星的速度v=根號下(gm/r)
那麼衛星的動能e=gmm/2r
機械能即兩者相加,那麼機械能e=gmm/2r-gmm/r=-gmm/2r
下面我們讓他變到高軌,也就是增加r,由於r在分母的位置,gmm/2r一定會減小,但是它前面有個負號,所以絕對值越小它越大。因此衛星由地軌道到高軌道,機械能是一定增大的。
我的理解是這樣的。。
速度在高軌道的確要慢,這一點可僅由引力完全提供向心力匯出。變軌中不是切換到高軌道之後才減速,而是在離心到高軌的過程中,萬有引力做負功而減速。
變軌可以看作分兩個過程
1.在低軌道,衛星由燃料助推提供的外力做正功而加速。加速到所需速度後,外力就可以撤去了(如果一直作用且使其加速的話,就會一直逃逸),即停止燃料助推。
由於速度增大,當前軌道提供向心力不足以維持圓周運動。所需向心力>引力,離心運動而逃逸。
機械能不守恆,燃料能量轉化為動能
2.開始逃逸,離心運動到高軌道。
看起來會進一步導致 所需向心力>引力,但實則不是,兩個量都在離心過程中減小,且左邊減小速度更快。
雖然引力會進一步減小,但在離心運動切換到高軌過程中,萬有引力是做負功的,因此速度減小,而半徑增大,由mv²/R可知再次進入圓周運動狀態所需向心力也在不斷減小。
由於僅有萬有引力提供向心力,等到v、R、F同時變化到恰好滿足勻速圓周運動條件,就不再離心。
機械能守恆,動能轉化為重力勢能
實際以上兩個過程是同時開始的。不再燃料助推之後,只有第二個過程在進行,而後逐步達到穩定狀態。
分析可知,必有高軌機械能>低軌機械能。多出的那部分=變軌過程中消耗的燃料能量(先轉化為動能,然後動能部分轉化為引力勢能,動能轉化為引力勢能的部分<燃料轉化增加的動能)