萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用歸類探析

張欣悅

摘要：運動和力存在著一定的關(guān)系。我們在研究的時候都是關(guān)注直線的運動，實際上牛頓運動定律適用于直線運動和曲線運動。天體運動符合牛頓運動定律，可以利用研究萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用對其進(jìn)一步分析。萬有引力定律對于我國的天文學(xué)研究有著很大的幫助。這樣人類就能很好的發(fā)現(xiàn)宇宙的奧秘，探索星球與星球之間的關(guān)系。為人類的文明做出了巨大的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：萬有引力定律；天文學(xué)；曲線運動

萬有引力定律一般是用來分析天體做勻速圓周運動的物體的軌跡或運動學(xué)問題?？偣卜治龅挠袃蓚€方面。第一，當(dāng)沒有特別條件說明下，人們發(fā)射的人造衛(wèi)星將會繞著中心天體運動，這種運動被看作是勻速圓周運動，由萬有引力提供向心力。第二，在天體表面或者附近的物體所受的重力情況我們將其約等于物體受到的萬有引力。

一、萬有引力定律的來源和內(nèi)容

牛頓最開始對掉落的蘋果產(chǎn)生了疑問，由于自己的好奇心驅(qū)使自己發(fā)現(xiàn)了舉世矚目的萬有引力定律，最終在1687年萬有引力定律得到了發(fā)表。牛頓的普適的萬有引力定律的內(nèi)容如下；任意連個物體之間都會產(chǎn)生一定的引力，引力的大小與很多許多因素都有關(guān)系，其中包括兩物體之間的距離。但是與傳播的介質(zhì)沒有關(guān)系。萬有引力定律的出現(xiàn)，說明人類對于天體運動過程的了解達(dá)到了一個新的高度。并且對于解決天體之間的問題起到巨大幫助[1]。

二、萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用分析

1、計算天體表面及其附近的重力加速度。當(dāng)天體不自轉(zhuǎn)或者天體自轉(zhuǎn)可以受到忽略時。天體對表面附近物體的吸引力可以近似等于物體在天體表面受到的重力?？梢岳霉奖硎緸镚mM/R的平方等于mg。根據(jù)公式我們可以得出天梯表面出的重力加速度g等于GM/上R的平方。根據(jù)同樣的道理，我們也可以算出天體表面附近高度為C處的重力加速度。將R利用R+C去替換就為C處的重力加速度了。

2、計算天體的質(zhì)量和密度。萬有引力定律在理論上取得了很大成就，他可以根據(jù)計算公式解出天體的質(zhì)量以及密度。根據(jù)天體表面物體所受的重力近似等于天體對物體的吸引力。這是測量天體質(zhì)量的有效方法。在分析時，排除天體自轉(zhuǎn)的影響。天體這時表面物體所受的重力近似等于天體對它的吸引力，根據(jù)計算公式可以得出天體表面的重力加速度和半徑[2]。所以根據(jù)這幾個常量將其代入公式，可以計算出天體等質(zhì)量。

3、計算中心天體的質(zhì)量和密度。將圍繞中心天體運動的天體m作為質(zhì)點。中心天體與環(huán)繞天體將會產(chǎn)生萬有引力。他們之間產(chǎn)生的向心力就來源于萬有引力的作用。

4、人造衛(wèi)星。萬有引力定律對于人造衛(wèi)星方面做出了突出的貢獻(xiàn)。根據(jù)萬有引力定律，人們可以將地球的衛(wèi)星發(fā)射運行和回收

[3]。人造衛(wèi)星的發(fā)射就是根據(jù)萬有引力定律的基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)射。人造衛(wèi)星活動軌跡也可以被看作是勻速圓周運動。把圓形軌道的圓形作為勻速圓周的中心，向心力由萬有引力提供。這為人類解決人造衛(wèi)星問題作出了巨大貢獻(xiàn)。

5、人造衛(wèi)星的變軌運行。當(dāng)發(fā)射的人造衛(wèi)星由穩(wěn)定變?yōu)樗俣雀淖儠r。萬有引力將會發(fā)生一些變化，衛(wèi)星的軌跡也隨之被改變。當(dāng)衛(wèi)星的速度變大時，根據(jù)計算公式可以看到，相應(yīng)的向心力隨之變大。這時萬有引力的大小不夠提供向心力，所以衛(wèi)星將會做離心運動。與原來的運行軌道相脫離。當(dāng)衛(wèi)星的速度變小時，向心力也隨之變小，這樣萬有引力將會大于所需要的向心力。衛(wèi)星將會促進(jìn)新運動軌道的半徑變小。然后根據(jù)一系列的變化，分析人造衛(wèi)星的運行軌跡。

6、三種宇宙速度。萬有引力定律將宇宙速度劃分為三種。他們分別是；第一種，人造地球衛(wèi)星發(fā)射是所需的最小速度叫做第一宇宙速度。它還被稱之為最大環(huán)繞速度。含義是當(dāng)人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周時的環(huán)繞速度。當(dāng)物體能夠脫離地球的束縛時發(fā)射出的最小發(fā)射速度被叫做第二宇宙速度。當(dāng)物體能掙脫太陽引力發(fā)生時的最小速度被叫做第三宇宙速度[4]。

三、萬有引力定律的成就

利用萬有引力定律可以計算出天體的質(zhì)量和人造衛(wèi)星的質(zhì)量。并且高中生可以通過對萬有引力知識的了解和對公式的運用，更好的計算出各個數(shù)值。同時也能夠更好的對天體之間的運動規(guī)律有一個更好的了解。

四、結(jié)語

萬有引力定律的存在價值是幫助人們了解天文方面的知識，它的產(chǎn)生讓人們對宇宙的探索達(dá)到了一個新的高度。高中物理應(yīng)該盡量普及萬有引力定律的知識，并且不斷培養(yǎng)學(xué)生們解題時的思路，這將會對培養(yǎng)我國航天方面的人才有很大的幫助。為以后天體運動規(guī)律的研究指明了方向。我國負(fù)責(zé)天體運動方面的專業(yè)人員也要對萬有引力定律深層次的研究，向世界展現(xiàn)我國的實力。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏廷智.萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用歸類探析[J].中學(xué)物理（高中版），2017，35（1）：51-54.

[2] 周榮高. 萬有引力問題的歸類分析[J]. 新高考：高一物理， 2016（3）：43-45.

[3] 魏廷智. 萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用歸類探析[J]. 中學(xué)物理：高中版， 2017，35（1）：51-54.

[4] 王剛.例析萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用[J].新高考（高一物理），2014，（2）：20-23.endprint