要用积分求解析解比较难,下面介绍如何用开普勒第二定律解决这个问题。
开普勒第二定律的内容是:太阳和运动中的行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。如图所示,我们可以将物体落入太阳的轨迹(右图)看成一个椭圆轨道(左图)。这个椭圆轨道的短轴长度趋近于0,所以有a=c。因此,轨道的焦点(即太阳)和长轴的端点实际上是重合的。也就是说,物体落入太阳的轨迹相当于椭圆的左半部分(简便起见,暂时不考虑太阳半径)。
根据开普勒第二定律,这段路程连线扫过的面积(阴影部分)/椭圆总面积=待求时间/轨道周期。根据对称性,等号左边等于1/2。所以待求时间就是轨道长轴长度为2a的椭圆轨道的周期。利用开普勒第三定律,可以求出轨道周期,除以二就得到了落入太阳的时间。
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