为什么椭圆轨道近地点和远地点的切向速度为零?

因为在椭圆的近地点和远地点,万有引力的方向是指向椭圆中心的,而这个方向恰好与该点的切线方向垂直。既然引力方向垂直于切线,那么引力在切线方向上就没有分量,导致切向加速度为零。

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这个解释稍微有点简略,容易产生误导。准确来说,在椭圆轨道的近地点和远地点,速度方向确实与径向垂直,但这并不意味着“切向速度为零”(切向速度其实就是线速度,不为零)。这里的物理本质是:万有引力作为向心力,完全用于改变速度的方向,而不改变速度的大小,因此径向受力平衡导致径向速度为零,且由于此时力矩为零,角动量守恒使得该点处于速度极值状态(近日点最大,远日点最小),所以切向加速度为零。

其实题目表述有点不严谨,在近地点和远地点速度最大且不为零,是“径向速度”分量为零。物理上因为这两个位置引力完全充当向心力,不做功,所以切向加速度确实为零,速度大小达到极值。

物理直觉很准。其实换个角度想,在近地点和远地点,速度方向与径向(即引力方向)垂直,引力不做功,动能不变,所以速率达到极值,切向加速度必然为零。