【問題】克卜勒第三定律的平均半徑


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克三定律是:R^3/T^2=定值我想大家都知道

那為什麼R=(r1+r2)/2呢

我們老師說如果當場推倒

物理直接最高分99分過關=口=

他說可以用積分或能量解

可是我沒有頭緒啊= =""

有人能給我一隻手嗎?

我是想說是不是把每一點的時間全部積起來

會恰好等於半徑為R/2的圓的週期?

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克三定律是:R^3/T^2=定值我想大家都知道

那為什麼R=(r1+r2)/2呢

我們老師說如果當場推倒

物理直接最高分99分過關=口=

他說可以用積分或能量解

可是我沒有頭緒啊= =""

有人能給我一隻手嗎?

我是想說是不是把每一點的時間全部積起來

會恰好等於半徑為R/2的圓的週期?

很好的想法 但要怎嚜積呢?? :E

從能量下手 或許是個方法

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要注意的是

橢圓軌道上的行星(ex: 地球) 和焦點上的恆星(ex: 太陽)

運作的瞬間 不遵守R^3/T^2為定值

但是因為絕大部分情況下95%橢圓軌道接近正圓軌道...

所以可以直接把整個地球運作過程所耗用的時間取為平均週期T

整個過程取平均值(所以才要取半長軸) 才會約略符合R^3/T^2為定值

速度計算上的話

雖然整個系統能量守恆

(近日點位能 + 近日點動能 = 遠日點位能 + 遠日點動能...不過高二這個時候還沒講功能定理吧?)

但是在近日點和遠日點的計算不能直接帶F=GMm/r^2=m x ac

(如果有註明是正圓軌道則無此限制)

橢圓軌道的話就用第二定律的mv1r1sinθ1 = mv2r2sinθ2去推動量、速度...等關係即可

因為根據第二定律,1/2 rv = 定值

這個定律是取面積趨近於零的時候用三角形面積推出來的

嗯...才疏學淺

有錯誤還請指正 Orz~

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要注意的是

橢圓軌道上的行星(ex: 地球) 和焦點上的恆星(ex: 太陽)

運作的瞬間 不遵守R^3/T^2為定值

但是因為絕大部分情況下95%橢圓軌道接近正圓軌道...

所以可以直接把整個地球運作過程所耗用的時間取為平均週期T

整個過程取平均值(所以才要取半長軸) 才會約略符合R^3/T^2為定值

以上的東西 可以再講的詳細一點嗎?

謝謝

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要注意的是

橢圓軌道上的行星(ex: 地球) 和焦點上的恆星(ex: 太陽)

運作的瞬間 不遵守R^3/T^2為定值

但是因為絕大部分情況下95%橢圓軌道接近正圓軌道...

所以可以直接把整個地球運作過程所耗用的時間取為平均週期T

整個過程取平均值(所以才要取半長軸) 才會約略符合R^3/T^2為定值

速度計算上的話

雖然整個系統能量守恆

(近日點位能 + 近日點動能 = 遠日點位能 + 遠日點動能...不過高二這個時候還沒講功能定理吧?)

但是在近日點和遠日點的計算不能直接帶F=GMm/r^2=m x ac

(如果有註明是正圓軌道則無此限制)

橢圓軌道的話就用第二定律的mv1r1sinθ1 = mv2r2sinθ2去推動量、速度...等關係即可

因為根據第二定律,1/2 rv = 定值

這個定律是取面積趨近於零的時候用三角形面積推出來的

嗯...才疏學淺

有錯誤還請指正 Orz~

証出來的話老師就要幫我們寫推薦信啦

他說的喔(L)

看來我只好去請教補習班老師了

有了詳細的証明一定貼上來(毆)

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功是一種能量的形式

能量轉換成作功的過程...

定義功(W) = 作用力向量(F)‧位移變化量向量(Δx) = |F| |Δx| cosθ

把F‧Δx換成(ma)Δx,在用Vf^2 = V0^2 + 2aΔx把a換掉

就可以推導出W可以轉換成ΔEk = Δ(mv^2/2) ............(動能的變化量)

重力位能的話可以把他視為抵抗重力把他往地面拉因而所包含的能量

距離地表很近的話直接用U=mgh來計算即可

不過如果離地表夠遠的話U=mgh就不再準確 (因為g不再是9.8m/s^2的定值了)

定義無窮遠處位能為0,距離地表r處的重力位能就是U=GMm/r

(把萬有引力和半徑的關係式丟去積分就是了...數學能力不夠無法證明 XD)

再來我們把地球視為一顆太陽的衛星來看

地球的速度夠快 (動能夠),所以不會被掉到太陽表面

這代表地球有足夠的位能可以抵抗太陽對地球所造成的萬有引力

近日點的時候位能低,但是動能高

遠日點的時候位能高,但是動能低

近日點動能 + 近日點位能 = 遠日點動能 + 遠日點位能

總能一定是守恆的 (至少就討論高中物理而言是守恆)

不會憑空多出能量 or 憑空少掉能量

那動能高代表什麼哩?

近日點動能比遠日點動能高的話

就代表近日點的速度較快 遠日點的速度較慢

(會改變動能的只會有v這麼一項...總不能說地球質量在改變吧 XD)

如果單取一個近日點速度 就沒辦法考慮到地球繞太陽一週的週期

所以遠日點的速度也要考慮進來

就是上文提到的橢圓軌道上 瞬間 不遵守R^3/T^2為定值

所以才要取半長軸去計算

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話說樓上的難不成跟我同班?=口=

其實我描述的不夠清楚

不過我還是不會

沒頭緒~"~

----------------------------------我是分隔線----------------------------

我們老師說如果當場推倒

物理直接最高分99分過關=口=

我有標喔=v=

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如果單取一個近日點速度 就沒辦法考慮到地球繞太陽一週的週期

所以遠日點的速度也要考慮進來

就是上文提到的橢圓軌道上 瞬間 不遵守R^3/T^2為定值

所以才要取半長軸去計算

知道近日跟遠日的速度 就知道要用半長軸計算??

問了補習班老師後

他說只能用微分方程證明

所以我已經放棄了...

如果不用很正統的証明 用圓形的等效系統證明應該也是ok

詳情請見本版主題"圓形軌道和橢圓軌道的不同"

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