有心力场
在有心力场中质点所受力的作用线恒通过一固定点,力的大小为两点距离的函数。在太阳系中,太阳和各行星的质量比很大,可认为太阳是固定的。行星围绕太阳运行时所受的太阳引力就是近似的有心力,因为这些力既通过太阳中心,又与行星到太阳的距离平方成反比。既然这些力只与行星的位置有关,故太阳系所在的空间,除行星附近以外,其引力场是有心力场。有心力场之所以重要是因为它在研究行星和航天器的运动以及电子和α粒子在核电场中的运动中有广泛的应用。
质点在有心力场中的运动
有心力对其力心的矩为零,根据动量矩定理,质点对力心的动量矩是常矢量,因此,运动轨道是平面曲线。此时,用极坐标描述质点在有心力场中的运动比较方便。若以Ox(图1)作为参考线,只受有心力作用的质点Q的极坐标为:
如将Q点的运动分解为矢径绕O转动的牵连运动和质点沿转动矢径的相对运动和,可得到:
径向速度
横向速度
如以
和
分别表示径向和横向单位矢量,则Q点的速度矢量可写为:
式中
和
分别为Q点的相对速度和牵连速度。
Q点的加速度由三部分组成(图2):
相对加速度
牵连加速度
科里奥利加速度