为什么第一宇宙速度对应匀速圆周运动,而第二宇宙速度轨迹是椭圆?

当卫星以第一宇宙速度运行时,其轨道半径恰好等于地球的半径。在这种状态下,地球对卫星的万有引力完全充当了向心力,使得卫星能够维持在固定的圆形轨道上,因此它做的是匀速圆周运动。

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这个回答只说对了一半,容易让人产生误解。第一宇宙速度对应的是近地圆轨道,但并不是说“轨道半径恰好等于地球半径”才是关键,关键在于引力完全提供向心力。如果速度稍微大一点,轨道就会变成椭圆;如果更大,甚至能逃逸。另外,回答里完全没提第二宇宙速度的情况,题目问的是为什么第二宇宙速度轨迹是椭圆(其实是抛物线或双曲线,取决于是否考虑空气阻力和精确值),这里有点避重就轻。严谨来说,第二宇宙速度对应的是抛物线轨迹,离心率等于1,只有在大于第二宇宙速度时才是双曲线。建议补充能量守恒和轨道方程的角度来解释,这样更直观。

因为第一宇宙速度时引力刚好提供向心力,只能绕地球转圈。但第二宇宙速度时,卫星动能更大,引力拉不住它,所以它会脱离圆形轨道,沿着能量更高的椭圆或抛物线轨迹飞出去。