万有引力 向心力 重力之间的关系?简单说明一下,还有地球表面上的物体和近地卫星还有同步卫星的区别(

万有引力 向心力 重力之间的关系?简单说明一下,还有地球表面上的物体和近地卫星还有同步卫星的区别(高一)

在天体表面,重力和向心力是引力的两个分量,如果天体没有自转,则向心力等于0,重力等于引力,大小和方向相同;实际上天体的自转会使得天体上随着运动的物体产生惯性离心力,这个惯性离心力需要其它的力平衡,平衡离心力的这个力即中学物理中的“向心力”,离心力和“向心力”可以当作一对“作用力”与“反作用力”;实际上,真实存在的是惯性离心力,在物理上,重力是引力和惯性离心力的合力,“向心力”只是为了便于分析和计算而引入的一个虚拟的“等效力”,实际上不存在(应当指出,在普通物理学中,一般不用“向心力”的概念,常用的是惯性离心力,但是“向心加速度”的概念依然使用),等效地,“向心力”可以认为是引力的一个分量(另一个分量是重力);通常情况下,天体的自转角速度很小,离心力也很小,重力的数值近似等于引力。

引力、重力和向心力的关系可以用数学公式表达,这里以重力加速度表示(推导过程略)

 

至于地球表面的物体、近地卫星和同步卫星的不同,地球表面的物体位于地面上,与地球的运动状态相同,位置变化可以忽略,与地球的角速度相同,受到的主要作用力是重力,重力加速度恒定不变;近地卫星与地球表面的距离很近,可以近似认为卫星与地球的距离等于地球的半径,即卫星与地面之间的距离(高度)在计算上可以忽略不计(但实际上高度仍然相当大),卫星受到的作用力即地球的引力,可以近似等于地面的重力,但是因为引力全部用作向心力,因此卫星的运动角速度远大于地球的自转角速度;同步卫星的主要特征是卫星的运动角速度等于地球的自转角速度,卫星的位置对应于地面的一个定点,相对于地面静止,卫星受到的作用力是地球的引力,引力仍然全部用作向心力,因此卫星与地球之间的距离远大于地球半径,与地面的距离大约36000km。

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