地球圍繞太陽運動的軌跡
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地球圍繞太陽運動的軌跡,雖然人類不是生活中地球上最早,最久的居民,但我們對於一切事物都是充滿着好奇的,例如外太空有沒有想我們一樣的智慧生物,以下是關於地球圍繞太陽運動的軌跡。
地球圍繞太陽運動的軌跡1
地球繞太陽公轉的軌道是一個非常圓的橢圓,偏心率只有0.0167,其中太陽在這個橢圓的一個焦點之上。因爲地球公轉的週期不是一年365天的標準,所以到達近日點和遠日點的時間每年都不是固定的。從現在來看,地球在每年1月初到達近日點;每年7月初到達遠日點。
地球繞太陽的軌道是黃道,它的平面是黃道平面。黃道平面不垂直於地球的旋轉軸,所以黃道平面和赤道平面之間總是有一個夾角。這個夾角叫做黃色和紅色的交角,現在的數值一般是23度26分。但黃紅交角不是固定的,最大24.24度,最小22.1度,每4萬年變化一次。
開普勒定律和牛頓引力定律
在開普勒發現行星三定律之前,行星的軌道被科學家們公認爲標準圓。後來,在過去大量火星運動觀測數據的基礎上,開普勒試圖編制一份更詳細的火星運動週期表。
發現火星在軌道上的運動並沒有以正圓的形式出現,總是“脫軌”。然後開普勒用了一個偏心圓而不是正圓。最後,計算結果與以前的長期觀測數據仍有一定誤差。在此基礎上,開普勒逐漸認識到行星的軌道不是標準的圓形,而是具有一定偏心率的橢圓形。經過幾年的深入研究,他提出了開普勒第一定律和第二定律。
開普勒第一定律的內容:行星沿橢圓軌道繞太陽運行,太陽位於橢圓軌道的兩個焦點之一。開普勒第二定律的內容:在同一時間段內,行星的徑向矢量所經過的面積相等。
後來,經過十幾年的研究,開普勒發現了開普勒第三定律“兩顆行星繞太陽運行,其軌道週期的平方之比等於兩個軌道到太陽的平均距離的立方之比”。
開普勒定律的發現爲牛頓最終發現並驗證萬有引力定律提供了不可或缺的基礎。蘋果擊中牛頓頭部後,牛頓將這一現象與月球繞地球運行的軌道進行了對比,逐漸認識到地球和月球之間存在一種力,這種力使得月球以其初始速度繞地球運行。
受開普勒定律特別是第二定律的啓發,牛頓證明了當物理同時受到指向中心的力的作用時,物體與中心連線所掃過的面積相等。在此基礎上,通過嚴密的計算,證明了一切沿圓錐曲線運動的物體的中心點的向心力與物體到中心點(焦點)的距離的平方成反比,最終形成了萬有引力定律,與兩個天體的質量成正比,與它們之間的距離的平方成反比。
爲什麼地球的軌道是橢圓形的?
實際上,從開普勒定律我們可以知道,行星圍繞恆星運行是一個定律,它的軌道是橢圓的,不受其他力的影響。這已經被牛頓應用萬有引力定律證明了,而且計算方法很複雜。
但是我們可以利用歐拉公式,速度和加速度的微積分表達式,以及多次積分變換的方法,推導出行星到太陽的距離R與角矢量的如下關係:
R=k/(1-e * sin )或r=r0*(1 e)/(1 e*cos)
從上面的關係式可以看出,這是標準的橢圓方程,其中e是橢圓的偏心率。
當e=0時,行星的軌道是圓的;
當0
當e大於等於1時,軌道呈現拋物線或雙曲線,屬於不閉合曲線,說明軌道只在太陽附近出現一次。
從上面的推導過程可以看出,地球軌道的偏心率在0和1之間,只有接近0,所以是近似圓形的軌道。
總結
地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓,由地球與太陽的距離、初公轉速度和太陽質量決定。它的偏心率在0到1之間,沒有其他力的干擾。
地球圍繞太陽運動的軌跡2
地球爲什麼會繞太陽轉?
嚴格地來說,地球並不是單純的受到太陽的引力繞太陽公轉。而是繞着地球與太陽組成系統的的質量中心而轉動(如果不考慮其它天體的影響)。
我們要知道太陽是太陽系的中心天體,而地球只是太陽系中一顆普通的行星,太陽的質量是地球質量的33萬倍,日地的公共質量中心離太陽中心僅450千米。
這個距離與約爲70萬千米的太陽半徑相比,實在是微不足道的,與日地1.5億千米的距離相比,那就更小了。
迄今爲止,我們也只能根據物理去解釋這個話題,要知道宇宙中並不是任何物質都是靜止不動的,就算再大的物質,它們都是由最小的物質也就是原子組成。
無時無刻都在運轉的以原子核爲中心的物質構成了整個宇宙中的所有一切物質的存在,旋轉的質子和電子同時具備了引力的,這就是引力作用的必然結果。
地球公轉是指地球按一定的軌道環繞太陽的.運動,方向是自西向東(與自轉方向一致),即地球的北極上空向下俯瞰地球呈現逆時針,從南極上空俯瞰的話就是順時針。
而地球的公轉是一種週期性的圓周運動,因此地球的公轉包括角速度和線速度兩個方面,如果採用一個恆星年作爲地球公轉的週期,由於地球公轉的平均角速度是每年360°,也就是經過365.2564日地球公轉360°,計算得知每日公轉0.986°,即平均角速度爲1°/天。
又由於地球軌道總長度爲940000000千米,換句話說就是經過365.2564日地球就公轉了9.4億千米,可以計算,線速度=940,000,000KM/365天=940,000,000秒/(365x24x3600)秒=29.8千米,大約也就是每秒30千米。
萬有引力定律和開普勒定律。
由於太陽和地球之間有萬有引力的作用,所以導致了地球圍繞太陽作週期性運行,而萬有引力和地球公轉所產生的離心力之間處於平衡狀態,地球才得以穩定運行。
曾經也有科學家們認爲行星的運行軌道是標準的圓形,但是隨着開普勒對行星軌道的深入研究,這一說法才漏出了破綻。
開普勒在對火星運行的觀測數據的基礎上編制更加詳細的火星運行週期表,很快他發現火星並不是在軌道上按照正圓形運行,相反火星總是“出軌”。
因此,開普勒認爲或許天體的軌道運行應該是帶有一定偏心率的橢圓,在一定的深入研究後,著名的開普勒第一定律和第二定律就這樣誕生了。
由開普勒運動第二定律(對於每一個行星而言,太陽和行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積)SAB=SCD=SEK 可以得到。
地球公轉速度與日地距離是有關係的,由於地球的運動軌跡是橢圓軌道,那地球公轉的角速度和線速度就不是一個固定的值,會隨着日地距離的變化而改變。
在近日點時,公轉的速度會比較快,據計算角速度爲1°1′11″/日,線速度爲30.3千米/秒;在遠日點的時候,地球公轉的速度就比較慢,據計算角速度爲57′11″/日,線速度爲29.3千米/秒。
地球的公轉帶來的現象:比如四季的形成、季節的變化、晝夜長短的變化和五帶的劃分 等等。
地球在進行公轉時,地軸是傾斜的,並且它的空間指向保持不變。由於地球在公轉軌道的不同位置,地球表面受太陽照射的情況也就不完全相同,就產生了季節。至於地球的公轉爲什麼可以形成那麼多現象,這裏就不一一舉例了。
有人這時候提出疑問既然地球繞太陽轉,每個週期的速度可以說是毫秒不差,軌跡卻是橢圓的。
地球圍繞太陽運動的軌跡3
是不是有個力干擾軌道的運行?
其實不然,從開普勒定律我們能夠看出,行星圍繞恆星運轉軌道是橢圓形就是一個定律,並不是由於其它作用力導致的。
這是標準的橢圓方程,其中e爲該橢圓的偏心率,也就是說當e=0時,行星公轉軌道爲正圓形;當 0
地球繞太陽公轉軌道是一個橢圓形,這是由地球與太陽之間的距離、公轉初始速度以及太陽質量共同決定的,其偏心率介於0和1之間,並非有另外的一個作用力干擾。
地球的公轉軌道爲什麼是橢圓?
我們知道,太陽是在太陽系的中心,然後八大行星一圈一圈的以圓形圍繞太陽進行運動。但是實際上根據開普勒第一定律,地球圍繞太陽公轉的軌道是一個橢圓,而且這個橢圓的偏心率e=0.0549,非常接近標準圓。
在太陽系內,各個行星圍繞太陽進行運動,在此同時太陽系也在銀河系中圍繞着銀心運動,這樣就可以理解爲是太陽在牽引着各個行星圍繞銀心運動。
那也就是說我們的地球是在小範圍內圍繞太陽運動,大範圍內圍繞銀心運動,於是地球就受到了兩個離心力。
那如果當地球運動到太陽與銀心之間時,此時的兩個離心力方向相反,離心力就會減小,這個時候地球受到太陽的萬有引力將大於離心力,於是地球會向太陽靠近,形成了近日點。
如果當地球位於太陽和銀心的同側,兩離心力方向相同,離心力發生疊加會變大,太陽的萬有引力小於離心力,地球就會發生遠離太陽的現象,這個時候形成了遠日點,這就形成了一個橢圓軌道。
舉個例子來理解一下,如果站在公交車裏,車子向右側轉彎,這個時候你肯定會因爲離心力增加而被甩向左側。我們也可以通過計算來證明地球公轉呈現橢圓軌跡,由圓周運動的向心力公式F=mv/r,這時的向心力F爲是由太陽引力的GMm/r提供。
所以就有mv/r=GMm/r,得地球的公轉速度v=√GM/r(r是日地平均距離,M爲太陽質量,G爲萬有引力常數),通過這個式子可以發現地球的公轉速度只與日地距離有關,而日地距離會發生變化,所以速度也會發生變化。
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