כבידה · פיתוח 9

תדירות התנודות של גוף שמוסט מעט ממסלול מעגלי סביב מסלולו המקורי

זמן יעד: 2:20 ⏱ ניסיון חדש

ניסוח מלא

גוף בעל מסה m מבצע תנועה מעגלית ברדיוס R מסביב לכוכב בעל מסה M. ברגע כלשהו הגוף מקבל מכה קטנה בכיוון הרדיאלי ומתחיל להתנדנד סביב מסלולו המקורי. מהי תדירות התנודות של הגוף סביב מסלולו המקורי?

פתרון

נפתור בעזרת אנרגיה ותנ''ז. מכיוון שהמכה בכיוון הרדיאלי יש שימור תנ''ז. לכן
L=mR^{2}\omega
כאשר \omega היא תדירות הסיבוב בתנועה המעגלית ומתקבלת על ידי:
m\omega^{2}R=\frac{GmM}{R^{2}}
\omega=\sqrt{\frac{GM}{R^{3}}}
אז נכתוב את האנרגיה הכוללת של הגוף:
E=\frac{1}{2}m\dot{r}^{2}+\frac{L^{2}}{2mr^{2}}-\frac{GMm}{r}
נגזור בזמן:
0=m\dot{r}\ddot{r}-\frac{L^{2}}{mr^{3}}\dot{r}+\frac{GMm}{r^{2}}\dot{r}
\ddot{r}=\frac{L^{2}}{m^{2}r^{3}}-\frac{GM}{r^{2}}
נחליף משתנים r=R+r':
\ddot{r'}\approx\frac{\left(mR^{2}\sqrt{\frac{GM}{R^{3}}}\right)^{2}}{m^{2}R^{3}}\left(1-3\frac{r'}{R}\right)-\frac{GM}{R^{2}}\left(1-2\frac{r'}{R}\right)=-\frac{GM}{R^{2}}\frac{r'}{R}
מהמשוואה ברור כי הגוף מבצע תנועה הרמונית סביב המסלול המקורי בתדירות \Omega=\sqrt{\frac{GM}{R^{3}}} וזוהי גם בדיוק התדירות סיבוב של התנועה המעגלית המקורית.

ניסיונות וטבלת שיאים

אף אחד עוד לא פתר את הפיתוח הזה.

אין עדיין ניסיונות.