为什么航天器的轨道都是椭圆形的?没有圆形的吗?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/26 11:37:12
为什么航天器的轨道都是椭圆形的?没有圆形的吗?
为什么航天器的轨道都是椭圆形的?没有圆形的吗?
为什么航天器的轨道都是椭圆形的?没有圆形的吗?
简单的说,卫星上了天,就是个天体了,如果不考虑别的星体对行星的影响,可以说所有的行星都是遵循凯普勒定律的.它告诉我们,天体在万有引力作用下的运行轨道就是椭圆形的.这里圆只是椭圆的一种特殊形式.要是还不懂的话,就看看下面的通俗解释吧.我们知道地球总是围绕着太阳在做着公转运动,如果把每一时刻地球中心的位置用直线连起来,就出现一个椭圆形的轨迹,通常就把它称为轨道.事实上太空中运动的任何天体都有自己的运行轨道,科学家们经过不断观察与研究,建立了轨道动力学,为航天器在太空中的运动提供了理论基础.轨道动力学要经过严格的数学推导,这些推导决不是几页纸可以表述的,大多数人面对这些推导绝对都会望而却步,但你不用担心下面的内容你会看不懂,只要具备基本的几何学知识就足够
理解这些内容.
圆形轨道与椭圆形轨道
假设你登上华山的东峰,站在朝阳台上,将一块石头水平抛出,会看到它迅速的朝山下坠去,你也许看到它砸在了峰下的某个地方,这时如果你再用力抛出另一块差不多大的石头,如果你还能看到它在山下的落点,那这次的落点一定是比刚才的落点远一些,因为你用了更大的力.
这基于一个事实,地心引力对物体产生向下的拉力,拉力使物体的运动状态发生变化.拉力产生的向下速度相同,因此两块石头从山上到山下的时间也一样.但用的力不同,石头在水平方向运动的速度也就不同,那么相同时间内,它们在水平方向的运动距离必然不同.
再看另一个事实,地球是圆的.在物体下落运动的距离中,地球表面也向下弯曲,那么实际的落点要比在水平面上的落点要远.如果可以让物体的速度足够大,在它朝地面下落1米时,地表亦向下弯曲了1米,它与地表的高度没有变化,这样它就永远不会落地,产生了与地球表面同心的圆形轨道.
保持轨道运动的能力取决于沿地表曲线向前运动的速度,该速度必须保证物体不至于落地才行.由于高度较高的物体比高度较低的物体受到的重力影响要小,因此高度增加时,保证圆形轨道的速度可以降低一些.
如果让物体获得更大速度,在下落1米的时间内,向前运动的距离足以达到地表向下弯曲了2米的地方,这样物体到地表的距离实际上增大了,即高度增加.继续运动则高度不断增加,但由于重力的作用,使上行的物体逐渐慢下来,绕地球半周后,高度最大.接下来物体与地球的高度开始减小,并继续绕地球运动.最后,球又回到原来的位置,恢复原有速度,又开始了一次原来的运动,这样就形成了椭圆轨道.
对椭圆轨道的理解符合我们一般的认识,可以想一想如果你朝空中扔一个石块,它在爬升时开始慢下来,在爬升到最高点时速度最慢,然后它冲向地面速度又开始回升.