为什么地球高轨道的物体机械能比低轨道高?SOS
机械能=重力势能+动能。
应该说是:同一物体,在高轨道时的机械能比在低轨道时的机械能高。
虽然在高轨道时物体的速度会降低,动能减小了,但增加的重力势能却大于减小的动能,所以总的来说,物体的机械能的确是增大了。
为什么说物体由低轨道到高轨道的过程中,重力势能增加值大于动能减小值?
可以想像一下。
假设在某一高度处重力加速度为g,则mg=mvv/R,即g=vv/R
可见轨道平均半径R与物体本身的质量m是无关的,只与速度和重力加速度有关。而g本身也是随着高度增加而减小的。
那么在某点的物体,若有外力对物体做正功,使物体速率增加,即vv/R变大,那么重力加速度就不足以束缚物体,于是物体就有脱离地球束缚的趋势,会往高轨道走,同时有部分动能转化为重力势能,物体速度在变小,g也在变小,当在某一高度又一次g=vv/R时,物体就在那一高度又平衡了。但是由于过程中,有了外力对物体做功,才使得物体改成高轨道,所以总的来说,物体的机械能增加了。而在理想条件下,像自由落体运动在没有外力只有重力作用时,机械能是不变的,对于轨道上的物体而言,如果没有外力对物体做功,那物体是不会改变轨道的。就是说物体在某一轨道围绕地球转实际上是一种平衡状态,如果要使其改变这种状态,就必须有外力作用,外力做正功,物体上高轨;外力做负功,物体会下到低轨。当然,这是在把整个物体看作一个整体的情况下。
像平时发射的某些卫星,可以通过反冲设置,改变轨道。