萬有引力定律在天文學上應用歸類探析

張欣悅

摘要：運動和力存在著一定的關系。我們在研究的時候都是關注直線的運動，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上的應用對其進一步分析。萬有引力定律對于我國的天文學研究有著很大的幫助。這樣人類就能很好的發現宇宙的奧秘，探索星球與星球之間的關系。為人類的文明做出了巨大的貢獻。

關鍵詞：萬有引力定律；天文學；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問題。總共分析的有兩個方面。第一，當沒有特別條件說明下，人們發射的人造衛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容

牛頓最開始對掉落的蘋果產生了疑問，由于自己的好奇心驅使自己發現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表。牛頓的普適的萬有引力定律的內容如下；任意連個物體之間都會產生一定的引力，引力的大小與很多許多因素都有關系，其中包括兩物體之間的距離。但是與傳播的介質沒有關系。萬有引力定律的出現，說明人類對于天體運動過程的了解達到了一個新的高度。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上應用分析

1、計算天體表面及其附近的重力加速度。當天體不自轉或者天體自轉可以受到忽略時。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。可以利用公式表示為GmM/R的平方等于mg。根據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，他可以根據計算公式解出天體的質量以及密度。根據天體表面物體所受的重力近似等于天體對物體的吸引力。這是測量天體質量的有效方法。在分析時，排除天體自轉的影響。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]。所以根據這幾個常量將其代入公式，可以計算出天體等質量。

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

4、人造衛星。萬有引力定律對于人造衛星方面做出了突出的貢獻。根據萬有引力定律，人們可以將地球的衛星發射運行和回收

[3]。人造衛星的發射就是根據萬有引力定律的基礎進行發射。人造衛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星問題作出了巨大貢獻。

5、人造衛星的變軌運行。當發射的人造衛星由穩定變為速度改變時。萬有引力將會發生一些變化，衛星的軌跡也隨之被改變。當衛星的速度變大時，根據計算公式可以看到，相應的向心力隨之變大。這時萬有引力的大小不夠提供向心力，所以衛星將會做離心運動。與原來的運行軌道相脫離。當衛星的速度變小時，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。衛星將會促進新運動軌道的半徑變小。然后根據一系列的變化，分析人造衛星的運行軌跡。

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，人造地球衛星發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繞速度。含義是當人造地球衛星繞地球做勻速圓周時的環繞速度。當物體能夠脫離地球的束縛時發射出的最小發射速度被叫做第二宇宙速度。當物體能掙脫太陽引力發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量和人造衛星的質量。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值。同時也能夠更好的對天體之間的運動規律有一個更好的了解。

四、結語

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，它的產生讓人們對宇宙的探索達到了一個新的高度。高中物理應該盡量普及萬有引力定律的知識，并且不斷培養學生們解題時的思路，這將會對培養我國航天方面的人才有很大的幫助。為以后天體運動規律的研究指明了方向。我國負責天體運動方面的專業人員也要對萬有引力定律深層次的研究，向世界展現我國的實力。

參考文獻

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

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