人造地球卫星绕地球做椭圆运动时,为什么动能不守恒?

从力矩的角度来看,引力始终指向地心,对于以地心为参考点的转动来说,力的作用线通过转动轴,力臂确实为零,这保证了角动量守恒。但这与动能守恒是两个不同的概念。动能的变化取决于合外力是否做功。在椭圆运动中,当卫星从远地点向近地点运动时,引力做正功,动能增加;反之,从近地点向远地点运动时,引力做负功,动能减少。因此,动能是变化的,不守恒。

卫星在绕地球做椭圆运动时,虽然只受到万有引力的作用,但这并不意味着动能守恒。这是因为引力虽然指向地心,但在椭圆轨道的不同位置,卫星的速度大小是变化的,只有在圆轨道且速度方向始终垂直于引力方向时,动能才可能保持不变,而在椭圆轨道上,引力会对卫星做功,导致动能和势能相互转化,因此动能并不守恒。

我们要区分角动量守恒和机械能守恒。在只有万有引力作用的情况下,卫星的机械能(动能加势能)是守恒的。但是,题目问的是动能是否守恒。在椭圆轨道上,卫星距离地球的距离在不断变化,其重力势能随之改变。由于机械能总量不变,势能的增加必然导致动能的减少,反之亦然。因此,动能本身并不是一个恒定值,它随着卫星在轨道上的位置不同而发生变化,所以动能不守恒。