試論萬有引力定律在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

劉艷麗

包頭服務(wù)管理職業(yè)學(xué)校

試論萬有引力定律在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

劉艷麗

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萬有引力定律是力學(xué)中的重要定律，能夠在研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律過程中發(fā)揮重要作用。而在研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的過程中，需要合理借助萬有引力定律的作用。因此，本文主要分析了萬有引力定律的內(nèi)容，并且介紹了黃金代換理論，分析了萬有引力定律在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用的合理對(duì)策，從而有助于積極發(fā)揮萬有引力定律的作用，促進(jìn)我國天文研究的發(fā)展。

萬有引力定律；衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)；應(yīng)用

前言

作為物理學(xué)中的重要定律內(nèi)容，萬有引力定律在物理學(xué)中得到了積極地運(yùn)用。首先，可以直接運(yùn)用這一定律內(nèi)容，能夠借助加速度表達(dá)式的形式來解決問題；或者還可以借助對(duì)其結(jié)論內(nèi)容的運(yùn)用，能夠積極發(fā)揮重要的作用。而筆者主要針對(duì)萬有引力定律在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的合理應(yīng)用，提出了相應(yīng)的意見與舉措，從而能夠?yàn)槲覈l(wèi)星運(yùn)動(dòng)的研究做出合理的貢獻(xiàn)。

一、萬有引力概述

作為天體部分中的中心內(nèi)容，萬有引力定律F=GMm/r2的學(xué)習(xí)，需要從其本質(zhì)內(nèi)容出發(fā)。對(duì)于公式中的G來說，是萬有引力的常量，而M、m則為產(chǎn)生萬有引力的兩個(gè)不同物體的質(zhì)量；而對(duì)于r來說，則為兩個(gè)物體間的距離。而在天體問題中，需要將r作為兩個(gè)天體間的球心距，而這一觀點(diǎn)很容易受到一定的忽視。因此，應(yīng)該積極思考與分析萬有引力定律的內(nèi)容，才能使其在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中得到積極地運(yùn)用［1］。

二、黃金代換

對(duì)于萬有引力來說，是其重力的主要來源。另外，萬有引力能夠?yàn)榈厍虮砻嫣峁┫鄳?yīng)的向心力，而且通過計(jì)算的方式可能會(huì)取得較小的結(jié)果。大多數(shù)的萬有引力需要提供相應(yīng)的重力。當(dāng)前，萬有引力等于重力，也就是。而其中的M則為地球質(zhì)量，m則為地球上物體質(zhì)量，R為地球的半徑，g則為地球表面重力加速度［2］。而通過上面的式子能夠得到GM=gR2，這就是所謂的黃金代換。在解決關(guān)于重力加速度的類型題過程中，都需要合理借助重力加速度的形式，能夠?qū)栴}的解決提供積極的幫助。

三、萬有引力定律在衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中的合理應(yīng)用

萬有引力定律的結(jié)論，具有一定的應(yīng)用特征，在解決問題的過程中，可以直接運(yùn)用這一結(jié)論內(nèi)容，能夠節(jié)省一定的時(shí)間。另外，通過萬有引力定律可以對(duì)天體質(zhì)量進(jìn)行估算。在分析萬有引力向心力表達(dá)式的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)表達(dá)式與天體質(zhì)量無關(guān)，而與中心天體質(zhì)量有一定的關(guān)聯(lián)。而天體質(zhì)量的表達(dá)式可以這樣表達(dá)出來，即M=，而v=wr可以通過借助v和w的形式來表達(dá)r，或者也可以借助r的形式表達(dá)v、w。因此，在對(duì)天體運(yùn)動(dòng)物理量的過程中，可以任意選擇兩個(gè)物理量，而且都能將中心天體質(zhì)量計(jì)算出來。而在有w的表達(dá)式中，可以借助T的形式來表示，而且已知天體質(zhì)量，能夠求得天體的密度。通過M=pv，因此可以將天體密度的表達(dá)式，從而有助于解題與發(fā)展。萬有引力屬于力學(xué)中的重要定律內(nèi)容，在應(yīng)用過程中主要有兩種基本思路。首先，如果在地面附近，那么萬有引力則與物體的重力相等［3］。也就是F引=mg，而這主要針對(duì)與重力加速度有關(guān)的問題進(jìn)行解決。而另一思路則是將天體運(yùn)動(dòng)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)相比較，而且需要的向心力則要借助萬有引力的形式。也就是，在運(yùn)用過程中應(yīng)該從題目中的信息出發(fā)，選擇正確的公式來進(jìn)行計(jì)算等。

三種宇宙速度中，具有第一宇宙速度的衛(wèi)星，有比較明顯的特征。即軌道半徑與地球的半徑R相等。因此，可以從。另外，借助黃金代換的形式，GM=gR2，還可以寫為v=gR.對(duì)于第一宇宙速度的定義來說，能夠在不同的星球中應(yīng)用。而只要星球的衛(wèi)星能夠進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，就能夠運(yùn)用第一宇宙速度的表達(dá)式，而對(duì)于M、R來說，主要是星球的質(zhì)量與半徑。因此，針對(duì)前面的結(jié)論，速度最大，那么就需要衛(wèi)星發(fā)射過程中需要一定的功，因此發(fā)射比較容易的則為擁有第一宇宙速度的衛(wèi)星。而第一宇宙速度也稱作最小發(fā)射速度。

除此以外，還有另外一種衛(wèi)星形式，地球同步衛(wèi)星。主要就是衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球的自轉(zhuǎn)周期相同。但是，所有的衛(wèi)星都是圍繞著地心作為自身的軌跡進(jìn)行運(yùn)行。所以，地球同步衛(wèi)星一定在赤道上空。另外，T屬于確定的數(shù)值，而根據(jù)萬有引力能夠得到向心力的表達(dá)式。

再有，就是變軌問題。由于衛(wèi)星的發(fā)射具有復(fù)雜的過程。而衛(wèi)星并不是立即達(dá)到相應(yīng)的預(yù)定軌道，而需要通過幾次變軌的形式，才能達(dá)到相應(yīng)的目的地。此外，針對(duì)雙星問題的解決需要注重兩方面的問題，首先軌道半徑之和應(yīng)該與衛(wèi)星間距離相等。由于向心力的來源是相同的，主要是兩顆星間的萬有引力。對(duì)于前面的L與后面的r存在著一定的差異。而通過對(duì)比兩個(gè)式子后，能夠得到，而通過兩個(gè)式子相加的形式，能夠得到質(zhì)量和與L的關(guān)系，從而有助于問題的解決。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)萬有引力定律的研究，能夠在衛(wèi)星運(yùn)行中進(jìn)行合理運(yùn)用；而在教學(xué)過程中，應(yīng)該重視萬有引力定律的作用，對(duì)其進(jìn)行合理分析與運(yùn)用，能夠有效促進(jìn)學(xué)生解題能力的提升，從而能夠?yàn)閷?duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的研究做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

結(jié)論

綜上所述，作為比較重要的物理定律內(nèi)容，萬有引力涉及到的公式比較多，而且變式方面存在著一定的復(fù)雜性，需要一定的計(jì)算，以及相應(yīng)的想象力。因此，在研究與應(yīng)用過程中，應(yīng)該積極從萬有引力定律自身的內(nèi)容出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行合理分析，還可以對(duì)其結(jié)論進(jìn)行科學(xué)運(yùn)用，能夠?qū)σ恍╆P(guān)于天體質(zhì)量問題的解決提供積極的幫助。總之，在合理應(yīng)用萬有引力的過程中，應(yīng)該積極簡化相應(yīng)的公式與模型，需要通過不斷地實(shí)踐的探索，積累一定的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，能夠?yàn)槿f有引力定律的研究做出積極的貢獻(xiàn)，促進(jìn)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)研究工作的發(fā)展，為我國天文事業(yè)的研究與發(fā)展提供積極的幫助。

［1］肖麗蓉.萬有引力定律在應(yīng)用中要明確的兩類問題［J］.湖南中學(xué)物理，2010，（04）：33-35.

［2］朱彤.萬有引力理論的輝煌成就及其存在的局限［J］.遼寧師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，（03）：82-83.

［3］秦朝銀，王鐳.利用萬有引力定律解決十大類問題［J］.數(shù)理化學(xué)習(xí)（高三版），2014，（12）：126-127.