Xreferat.com » Рефераты по науке и технике » Движение в центральном симметричном поле

Движение в центральном симметричном поле

    Реферат

                         На тему «Движение в центральном симметричном поле»

Студента I –го курса гр. 107

Шлыковича Сергея

                                                                    Минск 2001

Немного теории.

Центральным называют такое силовое поле, в котором потенциальная энергия частицы является функцией только от расстояния r до определенной точки - центра поля: U=U(r). Сила, действующая на частицу в таком поле, тоже зависит лишь от расстояния r и направлена в каждой точке пространства вдоль радиуса, проведенного в эту точку из центра поля.

Хотя частица, движущаяся в таком поле, и не представ­ляет собой замкнутую систему, тем не менее для нее выпол­няется закон сохранения момента импульса, если опреде­лять момент по отношению к центру поля. Действительно, поскольку направление действующей на частицу силы про­ходит через центр поля, то равно нулю плечо силы относи­тельно этой точки, а потому равен нулю и момент силы. Согласно уравнению  отсюда следует, что L = const.

(где L – вектор момента импульса, а K момент силы K = [rF]. Уравнение  получается из уравнения  L = [rp]. Определим производную по времени от момента импуль­са частицы. Согласно правилу дифференцирования произ­ведения имеем

Движение в центральном симметричном поле

Так как Движение в центральном симметричном поле - есть скорость v частицы, а p = mv, то первый член есть m [vv] и равен нулю, поскольку равно нулю век­торное произведение любого вектора самого на себя. Во втором члене производная  - есть, как мы знаем, действую­щая на частицу сила F. Таким образом, .)

Поскольку момент L = m[rv] перпендикулярен направ­лению радиуса-вектора r, то из постоянства направления L следует, что при движении частицы ее радиус-вектор дол­жен оставаться все время в одной плоскости - плоскости, перпендикулярной направлению L. Таким образом, в цент­ральном поле частицы движутся по плоским орбитам - орбитам, лежащим в плоскостях, проходящих через центр поля.

Данное уравнение можно записать в виде:

Движение в центральном симметричном поле

Движение в центральном симметричном поле

где ds - вектор перемещения материальной точки за время dt. Величина векторного произведешь двух векторов гео­метрически представляет собой лощадь построенного на них параллелограмма. Площадь же парал­лелограмма, построенного на векторах ds и r, есть удвоен­ная площадь бесконечно узкого сектора OAA’ , описанного радиусом-вектором движущейся точки за вре­мя dt. Обозначив эту площадь через dS, мож­но записать величину момента в виде

Движение в центральном симметричном поле

Величина Движение в центральном симметричном поле называется секториальной ско­ростью.

Задача о движении в центральном поле в особенности важна потому, что к ней сводится задача об относительном движении двух взаимодействующих друг с другом матери­альных точек - так называемая задача двух тел.

Если рассмотреть это движение в системе центра инерции обе­их частиц. В этой системе отсчета суммарный импульс час­тиц равен нулю:

m1v1+m2v2=0,

где v1,v2 - скорости частиц. Введем также относительную скорость частиц

v = v1-v2.

Из этих двух равенств получаются следующие формулы формулы

Движение в центральном симметричном поле  

выражающие скорости каждой из частиц через их относи­тельную скорость.

Подставив эти формулы в выражение полной энергии частиц получим

Движение в центральном симметричном поле

где U(r) - взаимная потенциальная энергия частиц как функция их относительного расстояния r. После простого приведения членов получим

Движение в центральном симметричном поле,          

где m обозначает вели­чину

Движение в центральном симметричном поле

называемую приведенной массой частиц.

Мы видим, что энергия относительного движения двух частиц такая же, как если бы одна частица с массой m двигалась со скоростью  в центральном внешнем поле с потенциальной энергией U(r). Другими словами, задача о движении двух частиц сводится к задаче о движении од­ной «приведенной» частицы во внешнем поле.

Постановка задачи. Рассмотрим энергию материальной точки в центральном поле сил.

Движение в центральном симметричном поле, представим  (скорость) в полярных координатах

Движение в центральном симметричном поле

Рассмотрим треугольник ABD:

 ds~AB, следовательно                   

 Движение в центральном симметричном поле

  Движение в центральном симметричном поле,

откуда получаем

                                  Движение в центральном симметричном поле     

Выразим Движение в центральном симметричном поле  

                             Движение в центральном симметричном поле                  (*)

Осталось выразить характер траектории

Движение в центральном симметричном поле

Движение в центральном симметричном поле       

                                               Движение в центральном симметричном поле (**)

Подставим выражение (*) в (**)

                     Движение в центральном симметричном поле

Проинтегрируем

Движение в центральном симметричном поле

Движение в центральном симметричном поле

Эта формула представляет собой траекторию движения частицы в центральном симметричном поле.

Рассмотрим уравнение движения для случая кулоновского поля.

Движение в центральном симметричном поле, где

Движение в центральном симметричном поле

Попробуем найти этот интеграл предварительно сделав замену

Движение в центральном симметричном поле

Сделаем замену        Движение в центральном симметричном поле,

тогда

Движение в центральном симметричном поле

Далее применим формулу Движение в центральном симметричном поле

Движение в центральном симметричном поле

В итоге получаем

                                 Движение в центральном симметричном поле     , 

где Движение в центральном симметричном поле;

Движение в центральном симметричном поле

                                     Движение в центральном симметричном поле

Это уравнение конического сечения с фокусом в центре поля.

При  e >1 – гипербола;

         e =1 – парабола;

    0< e

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: