研究行星与太阳之间的距离和行星公转周期有什么关系
研究行星与太阳之间的距离和行星公转周期有什么关系
小学作业要这么深奥的过程?行星与太阳之间的距离最多只精确到公里级,精确到厘米以现在的科技水平是不可能的。还有不知道你列出:
距离(厘米) 测试结果
测试1 测试2 测试3 测试4 平均值
20cm ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
40cm ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
60cm ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
这是什么意思。没有距离太阳这么近的行星,行星距离也不可能会用厘米来衡量的。如果你要算出“距离太阳20厘米的行星”的公转周期的话,那你起码得具备高中数学才行,我比奇怪怪小学老师怎么会对小学生出这么深的题目。
如果你有兴趣去了解详细过程的话,可以看下面的“开普勒第三定律”的推导过程,不过对于小学生来说,是不可能看得懂的。
把星球作的运动看成匀速圆周运动。这时,万有引力提供向心力。用质量、角速度、轨道半径表示出向心力,这样就可以写出一个方程.再将方程中的角速度用周期、圆周率表示。再用绕同一中心天体运的星体列一个方程,两式相比就可证明开普勒第三定律:
万有引力F=GMm/(R^2)(1)
向心力Fn=mv^2/R(2)
(1)=(2),求出v^2=GM/R(3)
又T^2=(2πR/v)^2 (4)
将(3)代入(4)即可
R^3/T^2=K
=GM/4π^2=R^3/T^2
R为运行轨道半径
T=行星公转周期
K=常数=GM/4π^2
这种方法只局限于匀速圆周运动的轨道模型,但现实中的星体运动的轨道都为椭圆,于是便有以下推导:
利用微元,矢径R在很小的Δt时间内,扫过面积为ΔS,矢径R与椭圆该点的切线方向夹角为α,椭圆的弧长为ΔR。在Δt→0时,扫过面积可以看作为三角形,
ΔS=1/2*R*ΔR*sinα
面积速度为 ΔS/Δt=1/2R*ΔR*sinα/Δt=1/2*Rv*sinα
各行星绕太阳运行周期为T
设椭圆半长轴为a、半短轴为b、太阳到椭圆中心的距离为c
则行星绕太阳运动的周期T=πab/(1/2*r*v*sinα)。
选近日点A和远日点B来研究,由ΔS相等可得1/2*vA*RA=1/2*rB*RB
从近日点运动到远日点的过程中,根据机械能守恒定律得:
1/2*m*vA^2-GMm/rA=1/2*mvB^2-GMm/rB
得:vA^2=2GMrb/((rA+rB)/rA)
由几何关系得:rA=a-c rB=a+c a^2=b^2+c^2
所以 vA=√(GM/a)*√(rB/rA)
△S/△t=1/2*rA*vA=1/2*√(GM/a)*√(rA*rB)=b/2*√(GM/a)
T=π*ab/(△S/△t)=2πa*√(a/GM)
整理得T^2/a^3=4π^2/GM
距离越远公转期越长。
水星轨道半长径:5791万 千米 (0.38 天文单位) 公转周期:87.70 天,0.24年金星轨道半长径:0.72 天文单位 ,公转周期:224.701天,0.62年地球轨道半长径:1 天文单位 ,公转周期:365.2422 天,1年火星轨道半长径:1.52 ...