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简化质量坐标:孤立的二体问题
14.5
地球围绕太阳旋转。根据牛顿万有引力定律,太阳和地球彼此施加的引力大小相等、方向相反。那么,为什么只有地球在绕行呢?
考虑两个以不同速度运动的物体。该系统质心的速度位于连接它们各自速度的直线上。
如果系统是孤立的,则可将质心作为原点。此时,各物体的速度可以相对于质心的速度来表示。
将速度与其对应的质量相乘可得到它们的动量。此处第一项表示二体系统的约化质量。
现在将二体系统的方程转化为单体系统。
在地-日系统中,质心速度可近似为太阳的速度。因此,太阳相对于其质心的相对速度可忽略不计,而地球则具有相对速度,使其能够绕太阳公转。
在经典力学中,二体问题是描述两个相互作用的物体在重力或任何其他中心力作用下运动的基本问题之一。 在考虑两个物体的运动时,最重要的概念之一是简化质量坐标,该量允许像单体问题一样解决两体问题。 在这些情况下,假设质量减小的单个物体围绕固定在无限质量位置的另一个物体旋转。 这种系统的减少质量由下式给出:
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