宇宙体系
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[3]向心力的作用

如果我们思考一下抛物运动,就能轻易理解行星是依靠向心力维持在一定轨道上的。因为抛出的石头受自身重力作用而偏离直线路径,也就是偏离了它初始抛出时应走的路径,而在空中掠过了一段曲线。

而石头最终会沿着这一弯曲路径落到地上。石头抛出的速度越快,在落到地面之前会飞得越远。所以,我们可以假设抛出的速度非常快,以至于它在落到地面之前飞过了1英里、2英里、5英里、10英里、100英里的圆弧,直到最后超出地球的限制,它就会在太空中飞行,而不接触地面。

AFB构成的圆为地表,C点为地心,VDVEVF是物体从高山山顶上,沿着地平线方向以越来越快的速度抛出时所画出的弧线。因为在太空里天体运动几乎没有阻力(或完全没有阻力),所以我们为了保持情况类似而假设地球周围没有空气,起码要假设几乎没有空气阻力(或完全没有空气阻力)。而按照同样的道理,抛出速度较慢的物体,飞过了较短弧线VD;抛出速度较快的物体,飞过了较长弧线VE。而随着抛出速度变得更快,物体飞得更远,飞到了F点和G点。如果速度依旧继续变快,它就会最终超出地球圆周,而回到抛出它的山上。

而因为物体在这一运动里,其引向地球中心的半径所扫过的面积与其扫过的时间成比例(根据《自然哲学的数学原理》第1卷命题1可知),所以当被抛出的物体回到山上时,它的速度不会比初始速度慢。而根据同样的定律,物体将保持着原来的速度,画出一圈又一圈同样的弧线。

但如果我们现在想象:在更高的高度,例如在5英里、10英里、100英里、1000英里处或更高处,或者在数倍于地球半径的高度处,沿着地平线方向抛出物体的话,那么这些物体会随着它们的不同速度和在不同高度处受到的不同引力,而画出绕地球的同心圆或偏心圆,并在天空中绕这些轨道公转,就像行星所做的轨道运动那样。