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13.S:引力(摘要)

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    关键条款

    远距离作用的力 在没有身体接触的情况下施加的力类型
    远日点 轨道物体离太阳最远的点;月球离地球最远点的相应术语是远地点
    表观重量 在不考虑加速度的秤上读取物体的重量
    黑洞 质量变得如此密集,以至于它会自行崩溃,在事件视野周围的中心形成奇点
    逃生速度 一个物体逃脱另一个物体的引力所需的初始速度;更准确地说,它被定义为总机械能为零的物体的速度
    事件视野 Schwarzschild 半径的位置,是黑洞附近的位置,任何物体,甚至光线都无法逃脱
    引力场 围绕产生场的质量的矢量场;场由场线表示,其中场的方向与线相切,大小(或场强)与线的间距成反比;其他质量对这个场做出反应
    受引力束缚 如果两个物体的轨道封闭,则会受到引力约束;引力绑定系统的总机械能为负
    开普勒第一定律 定律规定每颗行星都沿着椭圆移动,太阳位于椭圆的焦点处
    开普勒第二定律 定律规定行星在相等的时间内扫出相等的区域,这意味着它的面速是恒定的
    开普勒第三定律 定律规定周期的平方与轨道半长轴的立方成正比
    neap Tide 月亮和太阳与地球形成直角三角形时产生的退潮
    中子星 已知最紧凑的物体——在黑洞本身之外
    牛顿引力定律 每个质量都会吸引所有其他质量,其力与其质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,沿着连接每个质量质心的线的方向
    非欧几里得几何 曲面空间的几何形状,描述球体、双曲面等表面角度和线条之间的关系
    轨道周期 卫星完成一个轨道所需的时间
    轨道速度 卫星在环形轨道上的速度;它也可以用于速度不恒定的非圆轨道的瞬时速度
    近日点 轨道物体最接近太阳的点;月球最接近地球的相应术语是近地点
    等价原理 作为广义相对论的一部分,它指出,自由落体和失重,或者均匀的引力场和均匀的加速度之间没有区别
    施瓦茨柴尔德半径 临界半径 (R S) 这样,如果质量被压缩到其半径小于 Schwarzschild 半径的程度,则质量将崩溃为奇点,任何经过该半径内的东西都无法逃脱
    时空 时空的概念是,时间本质上是另一个坐标,其处理方式与任何单个空间坐标相同;在同时代表狭义相对论和广义相对论的方程中,时间与空间坐标出现在相同的上下文中
    春潮 月亮、太阳和地球沿着一条线形成的涨潮
    广义相对论 爱因斯坦的引力和加速参考系理论;在这个理论中,引力是质量和能量扭曲周围时空的结果;它通常也被称为爱因斯坦的引力理论
    潮汐力 物体中心的引力与人体任何其他部位的引力之间的@@ 差异;潮汐力会拉伸人体
    通用引力常数 代表引力强度的常数,据信在整个宇宙中都是一样的

    关键方程式

    牛顿引力定律 $$\ vec {F} _ {12} = G\ frac {m_ {1} m_ {2}} {r^ {2}}\ hat {r} _ {12} $$
    由于地球表面的重力而加速 $$g = G\ frac {M_ {E}} {r^ {2}} $$
    地球以外的引力势能 $$U =-\ frac {gmm_ {E}} {r} $$
    节约能源 $$\ frac {1} {2} mv_ {1} ^ {2}-\ frac {gmm} {r_ {1}} =\ frac {1} {2} ^ {2}-\ frac {gmm} {r_ {2}} $$
    逃生速度 $$v_ {esc} =\ sqrt {\ frac {2GM} {R}} $$
    轨道速度 $$v_ {orbit} =\ sqrt {\ frac {GM_ {E}} {r}} $$
    轨道周期 $$T = 2\ pi\ sqrt {\ frac {r^ {3}} {GM_ {E}}} $$
    环形轨道中的能量 $$E = K + U =-\ frac {gmm_ {E}} {2r} $$
    圆锥截面 $$\ frac {\ alpha} {r} = 1 + e\ cos\ theta$$
    开普勒第三定律 $$T^ {2} =\ frac {4\ pi^ {2}} {GM} a^ {3} $$
    施瓦茨柴尔德半径 $$R_ {S} =\ frac {2GM} {c^ {2}} $$

    摘要

    13.1 牛顿万有引力定律

    • 所有质量相互吸引,引力与其质量成正比,与它们之间距离的平方成反比。
    • 球形对称的质量可以视为其所有质量都位于中心。
    • 可以将非对称物体当作质量集中在质心来对待,前提是它们与其他质量的距离相对于它们的大小而言很大。

    13.2 地球表面附近的引力

    • 物体的重量是地球和物体之间的引力。
    • 引力场以表示引力方向的直线表示;线间距表示磁场的强度。
    • 由于物体的加速度,表观重量与实际重量不同。

    13.3 引力势能和总能量

    • 当我们离开地球时,重力引起的加速度会发生变化,引力势能的表达必须反映这种变化。
    • 系统的总能量是动能和引力势能的总和,这个总能量在轨道运动中是守恒的。
    • 物体必须具有最小速度,即逃生速度,才能离开行星而不返回。
    • 总能量小于零的物体是绑定的;那些总能量小于零的物体是无界的。

    13.4 卫星轨道和能量

    • 轨道速度是由正在轨道的物体的质量和与该物体中心的距离决定的,而不是由小得多的轨道物体的质量决定的。
    • 轨道周期同样与轨道物体的质量无关。
    • 质量相似的物体围绕其共同的质心运行,它们的速度和周期应根据牛顿的第二定律和引力定律来确定。

    13.5 开普勒的行星运动定律

    • 所有轨道运动都遵循圆锥截面的路径。 边界轨道或封闭轨道要么是圆形要么是椭圆;无界轨道或开放轨道要么是抛物线,要么是双曲线。
    • 任何轨道的面速都是恒定的,这反映了角动量的守恒性。
    • 椭圆轨道周期的平方与该轨道半长轴的立方成正比。

    13.6 潮汐力量

    • 地球的潮汐是由来自月球和太阳在地球不同两侧的引力差异引起的
    • 当地球、月球和太阳对齐时,就会出现春潮或 neap(高)潮,而当它们形成直角三角形时,就会出现整齐或(低潮)的潮汐。
    • 潮汐力量可以产生内部加热,改变轨道运动,甚至破坏轨道物体。

    13.7 爱因斯坦的引力理论

    • 根据广义相对论,重力是质量和能量在时空中产生扭曲的结果。
    • 等效原理指出,质量和加速度都会扭曲时空,在可比情况下是无法区分的。
    • 黑洞是引力崩溃的结果,是奇点,其事件视野与其质量成正比。
    • 黑洞存在的证据仍然是间接证据,但这些证据的数量是压倒性的。

    贡献者和归因

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