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圆周运动是物体沿圆形轨道的运动。线速度v等于角速度ω乘以半径r。向心加速度等于速度平方除以半径，也等于角速度平方乘以半径。向心力等于质量乘以向心加速度。速度矢量始终沿切线方向，加速度矢量指向圆心。
牛顿万有引力定律表明，任意两个质点之间存在相互吸引的引力，引力大小与两物体质量的乘积成正比，与距离的平方成反比。引力常数G是一个普适常数。在天体运动中，万有引力恰好提供了天体做圆周运动所需的向心力。
天体圆周运动中，万有引力提供向心力，建立基本方程。由此可推导出轨道速度公式：速度等于根号下GM除以r。周期公式为：T等于2π乘以根号下r的三次方除以GM。可以看到，轨道半径越小，速度越大，周期越短。
从万有引力定律可以推导出开普勒第三定律。周期公式经过变形得到T的平方等于4π平方除以GM乘以r的立方，即T平方与r立方成正比。这意味着离中心天体越远的行星，公转周期越长。内层轨道的天体运动更快，外层轨道的天体运动更慢。
地球表面的重力加速度g等于GM除以R的平方，其中M是地球质量，R是地球半径。由此可以计算地球质量。当物体离开地面到达高度h时，重力加速度变为GM除以R加h的平方，重力随高度增加而减小。重力的本质就是万有引力。