由万有引力定律推导开普列三定律
——————《牛顿定律及万有引力》1,牛顿定律定义
牛顿运动定律包含以下三个定律:
牛顿第一运动定律:
孤立质点保持静止或做匀速直线运动;用公式表示为:
,
式中为合力,为速度,为时间。
牛顿第二运动定律:
动量为的质点,在外力的作用下,其动量随时间的变化率同该质点所受的外力成正比,并与外力的方向相同;用公式表达为:。
根据动量的定义,。
若质点的质量不随时间变化(即),则质点运动的加速度的大小同作用在该质点上的外力的大小成正比,加速度的方向和外力的方向相同;用公式表达为:。
牛顿第三运动定律:
相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上;
用公式表达为:(式中表示质点受到的质点的作用力,表示质受到的质点的反作用力)。
开普列定律定义
开普勒在《宇宙谐和论》上的原始表述:绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星,其各自椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量。
常见表述:
绕同一中心天体的所有行星的轨道的半长轴的三次方( )跟它的公转周期的二次方( )的比值都相等,即,(其中M 为中心天体质量,k 为开普勒常数,这是一个只与被绕星体有关的常量[2] ,G 为引力常量,其2006年国际推荐数值为
)不确定度为。
2,推导过程
万有引力定律是用开普勒第三定律导出的,因此不能再用万有引力定律来推导开普勒第三定律,循环论证是不严谨的。
开普勒第三定律是开普勒根据第谷的观测数据来计算出来的,没有见过推导,推导过程只能是与万有引力定律的联系,不能叫推导。
所以由万有引力定律推导开普勒第三定律 推导过程是逆历史发展顺序的。
首先由万有引力=向心力
r m Mm
2r 2
2⎪⎭⎫ ⎝⎛=T G π 瞬间得出
()onst 232r 2C GM
T ==π
此即开普勒第三定律
行星公转周期的平方和轨道半长轴的立方成正比
然后由角动量对时间的导数等于力矩
F L ⨯=r dt
d 中心力场,力臂 r 总与力 F 垂直,上式导数为零,得角动量 L 守恒 r ×dr 为平行四边形面积,得
dt dA m dt dr m
r C L 2.onst =⨯==
推开普勒第一定律,在平方反比的有心引力作用下物体的轨道必为椭圆 证明这个需要在极坐标系下解微分方程.
()⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=u u -m u d d u h 2222θF。