لەوانەیە هەندێک لە زمانەکانی ئەم ماڵپەڕە بە شێوەیەکی ئۆتۆماتیکی وەرگێڕدراون و هەڵەیان تێدابێت. یارمەتی بدە باشتری بکەیت وەرگێڕانی ئینگلیزی
  1. فێرببە
  2. گەڕان
گەڕان · بەش 4

Orbital speed: the vis-viva equation

One short equation gives the speed of anything in orbit at any point, if you know how far it is and the size of its orbit.

12 خولەك

NASA/JPL/Space Science Institute

ئەم وانەیە لەلایەن ئەندامێکی تیمی Local Solar System Foundationەوە ئامادەکراوە و دەتوانرێت باشتر بکرێت بە ڕەخنەگری پسپۆڕ. ئایا تۆ لەم بابەتەدا شارەزایت؟ پێشنیاری گۆڕانکارییەک بکە

کێڵگەی شنە

پەڕەی تەواو بکە
کاتی
خێرایی ئێستا
خێراترین (پێریاپس)
خێراترین (ئاپۆپس)
نزیکترین دوور
دوورترین
Kepler's 3rd law check: T² / a³

پڕۆگرامەکە هەموو دەوری خۆر لە ماوەی 8 چرکەدا ئەنجام دەدات؛ ئەو کاتەی نیشاندراوە ئەو کاتە ڕاستەقینەیە.

جێبە زانیاریەکان (ناوچەی گۆڕینی نوسراو)
دووریی و خێرایی لە دوانزە هەنگاوی کاتی یەکساندا لە دەوری ئۆبێریت
هەنگاوی کاتیدووری لە خۆرخێرایی ئێستا

How fast is a spacecraft moving? Tell me how far it is from the planet and how big its orbit is, and one short equation answers the question anywhere along its path. Mission planners use it every day.

Earth seen through the seven windows of the International Space Station's Cupola.
Earth through the Cupola of the International Space Station, which circles the planet about every 90 minutes. Credit: NASA

One short equation gives the speed anywhere along an orbit.

Look

Anything in orbit is always trading height for speed, like a skateboarder on a half-pipe.

  • Falling closer to the central body, it speeds up.
  • Climbing away, it slows down.

In the sandbox the yellow arrow shows the speed: long arrow, fast; short arrow, slow. Watch it grow as the body swings in, and shrink as it climbs out.

Earth does the same thing, just gently because its orbit is almost circular: it moves about 30.3 km/s in early January and about 29.3 km/s in early July.

Understand

The vis-viva equation (“living force”, an old word for energy) gives the speed at any point:

v = √( μ · (2/r − 1/a) )

  • v: speed
  • μ: the central body’s gravitational parameter (GM)
  • r: current distance from the centre of the central body
  • a: semi-major axis of the orbit

Check it:

  • Circle (r = a): v = √(μ/a). That is the circular speed from the Newton lesson.
  • At periapsis, r is smallest, so 2/r is largest and v is fastest.
  • Very far away on an escape path (a → ∞): v = √(2μ/r). That is the escape speed, covered in the next lesson.

Worked example: Earth around the Sun, μ = 1.327 × 10¹¹ km³/s², a = 149.6 million km. At aphelion r = 152.1 million km:

v = √(1.327 × 10¹¹ × (2/1.521 × 10⁸ − 1/1.496 × 10⁸)) ≈ 29.3 km/s.

Master

Vis-viva is energy conservation in disguise. The specific orbital energy (energy per kilogram) is

ε = v²/2 − μ/r = −μ / (2a)

Kinetic plus potential energy is constant along the orbit and depends only on a. Solve for v and you get vis-viva. Consequences:

  • The sign of ε classifies the orbit: negative for ellipses, zero for a parabola, positive for a hyperbola.
  • At any given distance, the speed alone determines a. This is why a single engine burn at one point changes the size of the whole orbit, and why the next lessons can talk about delta-v budgets.

Apsis speeds follow from vis-viva with r = a(1 ± e):

v_p = √(μ/a · (1+e)/(1−e)),   v_a = √(μ/a · (1−e)/(1+e))

Their product is v_p · v_a = μ/a = v_circ², so the circular speed is the geometric mean of the two, not the arithmetic mean. That answers the Try it question.

تاقی بکەەوە

With the Sun as central body, set a = 1 au and e = 0. Note the speed. Now raise e to 0.6 and compare the fastest and slowest speeds with that number. Is the average of the two equal to the circular speed?

تاقیکردنەوە خێرا

3 پرسیاری خێرا. وەڵامێک هەڵبژێرە بۆ ئەوەی ببینیت ئایا ڕاستت کردوە

  1. In the vis-viva equation, what happens to the speed as the body moves closer to the central body?

    1. A It increases
    2. B It decreases
    3. C It stays constant
    4. D It becomes zero
    وەڵامەکە نیشان بدە

    A. It increases

  2. For a circular orbit (r = a), vis-viva gives:

    1. A v = √(2μ/r)
    2. B v = √(μ/r)
    3. C v = μ/r
    4. D v = 0
    وەڵامەکە نیشان بدە

    B. v = √(μ/r)

  3. Earth moves about 29.8 km/s around the Sun on average. Roughly how fast at perihelion?

    1. A 29.3 km/s
    2. B 30.3 km/s
    3. C 35 km/s
    4. D 42 km/s
    وەڵامەکە نیشان بدە

    B. 30.3 km/s v_p = √(μ/a · (1+e)/(1−e)) with e = 0.0167 gives about 30.3 km/s.

کۆتایی دێڕ

  • یاریکردن لەگەڵ پەیوەندیدارەکان
  • وانەکە بخوێنەوە
  • تاقیکردنەوەکەت ئەنجام دا
  • تاقیکردنەوەکەت ئەنجامدا

نیشانەی وانەکە دابنێ تەواو بۆ ئەوەی بیپارێزیت بۆ پێشکەوتنی خۆت لەسەر ئەم ئامێرە.

وشەکان لەم وانەیەدا

سەرچاوە

ئەم وانەیە بە مۆڵەتی CC BY-SA 4.0 دراوە.

ئامرازەکان و وانەکان تەنها بۆ فێربوون بەکاردەهێنرێن. نابێت بەکاربهێنرێن بۆ گەڕان، پلانی ئەرک یان هەر بڕیارێکی کارگێڕی. گواستنەوەی بڕوانامە بێ پارەیەو پشتگیری ناکرێت نوسراوەکانی پەروەردەیی بخوێنەوە