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万有引力定律公式推导过程

若将行星的轨道近似看作圆形,根据开普勒第二定律,行星的角速度保持恒定,即w=2π/T(T代表周期)。假设行星质量为m,其离太阳的距离为r,周期为T,那么根据运动方程,行星受到的力的大小为mr乘以w的平方,即mr(4π²)/T²。

由开普勒第三定律,r的三次方与T的平方成正比,即r³/T²=k′(k′为常数)。由此,沿太阳方向的力可以表示为mr(4π²)/T²等于mk′(4π²)²。

依据作用力和反作用力的原则,太阳也受到相同大小的力。假设太阳的质量为M,从太阳的角度来看,太阳受到的沿行星方向的力为M(k′′)(4π²)²,其中k′′也与行星质量m有关。

由于这两个力相等,通过比较可知,k′和k′′分别包含了太阳质量M和行星质量m。这说明,这两个力与两个天体质量的乘积成正比,与两者之间距离的平方成反比。

引入新的常数G(称为万有引力常数),则万有引力可以表示为F=GMm/r²,即万有引力与两个天体质量的乘积成正比,与两者距离的平方成反比。

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