开普勒第二定律:同一把“面积尺”

把行星拖到椭圆轨道上的任意位置。蓝色和金色扇形分别代表前、后两个相等的时间间隔,它们的面积始终相等。

可拖动的行星椭圆轨道 太阳位于椭圆的一个焦点。相等时间内,太阳和行星连线扫过的两块扇形面积相等;近日点处的轨道弧更长,速度也更大。 近日点 远日点 速度方向 沿轨道拖动行星,或使用“相同时间推进”

看哪里? 在两个相等的时间格里,靠近近日点时行星走过的弧段更长,远日点时弧段更短;但从太阳这个焦点量出去的两块扇形,面积没有变。

S₁ = S₂ = ½ab·ΔM ΔM 相同,就对应相同时间

现在位于近日点附近:速度最大,轨道弧段最长。
距太阳 r —
相对速度 —
两段扫掠面积 S₁ = S₂

别把“弧长相等”当成定律

行星受到太阳引力,离太阳近时拉得更强,因而运动更快;离太阳远时运动更慢。所以相同时间内,沿轨道走出的长度本来就不相等。开普勒第二定律比较的不是弧长,而是太阳—行星连线扫出的面积。

读图结论

前一段面积 S₁ 与 后一段面积 S₂ 相等。把行星拖到远日点附近再看,扇形会“又窄又长”,但面积关系仍不变。