РЕФЕРАТЫ ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕРеферат: Движение в центральном симметричном полеРеферат 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 ![]() (где L – вектор момента импульса, а K момент силы K = [rF]. Уравнение ![]() ![]() Так как ![]() ![]() ![]() 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: ![]()
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 ![]() Величина ![]() 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 ![]() ![]() выражающие скорости каждой из частиц через их относительную скорость. Подставив эти формулы в выражение полной энергии частиц получим ![]() где U(r) - взаимная потенциальная энергия частиц как функция их относительного расстояния r. После простого приведения членов получим ![]() где m обозначает величину ![]() 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 ![]() ![]() ![]() ![]() Рассмотрим треугольник ABD: ds~AB, следовательно ![]() ![]() откуда получаем ![]() Выразим ![]() ![]() Осталось выразить характер траектории ![]() ![]() ![]() ![]() Подставим выражение (*) в (**) ![]() Проинтегрируем ![]() ![]() Эта формула представляет собой траекторию движения частицы в центральном симметричном поле. Рассмотрим уравнение движения для случая кулоновского поля. ![]() ![]() ![]() Попробуем найти этот интеграл предварительно сделав замену ![]() ![]() Сделаем замену ![]() тогда ![]() Далее применим формулу ![]() ![]() В итоге получаем ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Это уравнение конического сечения с фокусом в центре поля. При e >1 – гипербола; e =1 – парабола; 0< e |