引力彈弓效應的原理

首先聲明,引力彈弓效應及其原理都不是我首創。我看了很多相關科普文章,沒有一個能說清的,而且存在各種錯誤,所以我才開貼自己解釋,本文會用到

伽利略變換,如果還沒弄懂伽利略變換,需要自己先去學習一下。

引力彈弓效應就是宇宙飛行器從行星旁邊飛過,利用行星的引力和飛行速度加速的效應。

引力彈弓效應的原理

如圖,B代表行星,C代表宇宙飛行器,VB是行星的初始速度,V入A是宇宙飛行器的初始速度。(注意:紅線是C相對於B的軌跡,不是C實際的軌跡)

B的運動狀態可近似認為是勻速直線運動。根據伽利略變換,我們把B和C看成是一個運動系統,這個系統就可以認為是一個以速度VB勻速直線運動的系統。我們同時扣除B和C的系統速度,B變為靜止,C變為以速度V入B進入B引力圈。當C飛過近B點,最後飛出B的引力圈時,它的系統內速度與V入A相等(能量守恆,進入點和射出點勢能相同,所以動能相同)。歸還系統速度,B仍然以速度VB勻速直線運動,C的速度變成了V出A,根據平行四邊形法則,V出A大於V入A。

C速度增加了,動能也就增加了,那它的動能是哪來的?其實B的速度減小了,只是B和C的質量比太大,B減小的速度幾乎可以忽略不計。

是不是飛行器從行星旁邊飛一圈就可以加速呢?當然不是,能不能加速與V入B的大小和入射角度有關,快到字數限制了,這些我在回覆區解釋,聰明的你也自己思考一下吧,什麼時候能加速?什麼時候會減速。


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