力学
圆轨道
观察近圆轨道：半径基本不变，偏心率 e ≈ 0。
圆轨道——交互式力学模拟。观察近圆轨道：半径基本不变，偏心率 e ≈ 0。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
圆轨道
圆轨道上的卫星具有恰好足够的切向速度，使向心加速度等于引力加速度。
稳定圆轨道满足 v²/r = GM/r²，得 v = √(GM/r)。对于给定的中心质量，速度由轨道半径唯一确定。
- 圆形轨道速度 v = √(GM/r)
- 开普勒第三定律：T² ∝ r³
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
如果将卫星放置在更大的圆形轨道上，它保持在该圆形轨道上所需的轨道速度将如何变化？
预测权重
- 更宽的轨道需要更快的速度
- 每个半径的速度都相同
- 更宽的轨道需要更慢的速度
可变角色
您设置的内容：
- 卫星质量 m (kg)
- 轨道半径r (m)
您测量的内容：
- 轨道速度v (m/s)
- 向心力 F = m·v² / r (N)
调查如何进行
- 打开 circular-orbit 模拟并按重置。
- 启用半径 (r) 探头和偏心率 (e) 读数，并打开速度探头。
- 对于下面的每个半径，切向发射卫星，按“播放”，然后 - 一旦 e 稳定在 0 附近（真正的圆） - 记录其轨道速度。
控制方程
圆轨道速度 — v = √(GM / r)
对于稳定的圆形轨道，重力恰好提供向心力，将速度固定在 v = √(GM/r)。它仅取决于中心质量（通过 GM）和半径，而不取决于卫星自身的质量。
向心力 — F = m·v² / r
任何以速度 v 沿半径为 r 的圆运动的物体都会受到力 F = m·v²/r 的向内拉力。在这里，向内的力是由中心质量的引力提供的。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 写出计算过程，使用GM = 40 m³/s²计算其中一次试验的v = √(GM/r)，并将其与从模拟中读取的速度进行比较。
- 随着半径的增加，轨道速度是上升还是下降？使用表中的数字来论证 v ∝ r、v ∝ 1/r 或 v ∝ 1/√r。
这在实验室之外的地方表现出来
- 您的数据使用了 1 公斤卫星。一颗 2 公斤的卫星在相同的半径下需要不同的轨道速度吗？使用 v = √(GM/r) 进行解释 — 卫星自身的质量是否出现在其中？
- 最后一列的向心力完全由重力提供。解释如果卫星以相同半径发射但速度快于 √(GM/r)，轨道会发生什么情况。
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- IB Physics — D.1 Gravitational fields
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- 欢迎学习圆轨道
- 选择卫星
- 点击播放
- 稳定轨道
- 打开数据
- 完成了！
打开交互式模拟以构建场景，点击运行，并通过实时测量和引导式教程进行探索。