Binet tenglamasi
Jak Filipp Mari Binet tomonidan olingan
Binet tenglamasi tekislik qutbli koordinatalarda orbital harakatning shakli berilgan markaziy kuch shaklini beradi. Tenglamadan maʼlum bir kuch qonuni uchun orbita shaklini olish uchun ham foydalanish mumkin, lekin bu odatda ikkinchi tartibli chiziqli boʻlmagan oddiy differentsial tenglamaning echimini oʻz ichiga oladi. Quvvat markazi atrofida aylanma harakatda yagona yechim mumkin emas.
Tenglama
Orbita shakli koʻpincha nisbiy masofa nuqtai nazaridan qulay tarzda tavsiflanadi
r
{\displaystyle r}
burchak funktsiyasi sifatida
θ
{\displaystyle \theta }
. Binet tenglamasi uchun orbital shakli oʻrniga qisqaroq tasvirlangan
u
=
1
/
r
{\displaystyle u=1/r}
funktsiyasi sifatida
θ
{\displaystyle \theta }
. Muayyan burchak momentumini quyidagicha aniqlang
h
=
L
/
m
{\displaystyle h=L/m}
qayerda
L
{\displaystyle L}
burchak impulsi va
m
{\displaystyle m}
massa hisoblanadi. Keyingi boʻlimda olingan Binet tenglamasi funksiya boʻyicha kuchni beradi
u
(
θ
)
{\displaystyle u(\theta )}
:
Chiqarish
Nyutonning ikkinchi qonuni sof markaziy kuch uchun
Burchak momentining saqlanishi shuni taqozo etadi
ning hosilalari
r
{\displaystyle r}
vaqtga nisbatan hosila sifatida qayta yozilishi mumkin
u
=
1
/
r
{\displaystyle u=1/r}
burchakka nisbatan:
Yuqoridagilarning barchasini birlashtirib, biz quyidagiga erishamiz
Umumiy yechim
bu yerda
(
r
0
,
θ
0
)
{\displaystyle (r_{0},\theta _{0})}
zarrachaning dastlabki koordinatasidir.
Misollar
Kepler muammosi
Klassik Teskari kvadrat qonunining orbitasini hisoblashning anʼanaviy Kepler muammosi differensial tenglamaning yechimi sifatida Binet tenglamasidan oʻqilishi mumkin.
Agar burchak
θ
{\displaystyle \theta }
periapsisdan oʻlchanadi, keyin (oʻzaro) qutb koordinatalarida ifodalangan orbita uchun umumiy yechim boʻladi.
Yuqoridagi qutbli tenglama konus kesimlarini tasvirlaydi, bilan
l
{\displaystyle l}
yarim latus rektum (ga teng
h
2
/
μ
=
h
2
m
/
k
{\displaystyle h^{2}/\mu =h^{2}m/k}
) va
ε
{\displaystyle \varepsilon }
orbital ekssentriklik .
Relyativistik Shvartsshild koordinatalari uchun olingan relyativistik tenglama
bu yerda
c
{\displaystyle c}
yorugʻlik tezligi va
r
s
{\displaystyle r_{s}}
Shvartsshild radiusidir . Va Reissner-Nordström metrikasi uchun biz olamiz
bu yerda
Q
{\displaystyle Q}
elektr zaryadidir va
ε
0
{\displaystyle \varepsilon _{0}}
vakuum oʻtkazuvchanligi hisoblanadi.
Teskari Kepler muammosi
Teskari Kepler muammosini koʻrib chiqing. Qanday kuch qonuni ellips fokusi atrofida aylana boʻlmagan elliptik orbita (yoki umuman olganda aylana boʻlmagan konus kesimi) hosil qiladi?
Ellips uchun yuqoridagi qutb tenglamasini ikki marta differensiallash
Shuning uchun kuch qonuni
Bu kutilayotgan teskari kvadrat qonuni. Orbitalning mos kelishi
h
2
/
l
=
μ
{\displaystyle h^{2}/l=\mu }
kabi jismoniy qadriyatlarga
G
M
{\displaystyle GM}
yoki
k
e
q
1
q
2
/
m
{\displaystyle k_{e}q_{1}q_{2}/m}
Nyutonning universal tortishish qonunini yoki Kulon qonunini takrorlaydi.
Shvartsshild koordinatalari uchun samarali kuch
bu yerda ikkinchi aʼzo periapsisning burchak siljishi kabi toʻrt kutupli taʼsirlarga mos keladigan teskari kvarts kuchdir (Uni kechiktirilgan potentsiallar orqali ham olish mumkin ).
Parametrlangan post-Nyuton formalizmida biz erishamiz
bu yerda
γ
=
β
=
1
{\displaystyle \gamma =\beta =1}
umumiy nisbiylik nazariyasi uchun va
γ
=
β
=
0
{\displaystyle \gamma =\beta =0}
klassik holatda.
Kotes spirallari
Teskari kub kuch qonuni shaklga ega
Teskari kub qonunining orbitalarining shakllari Cotes spirallari deb nomlanadi. Binet tenglamasi orbitalar tenglamaning yechimi boʻlishi kerakligini koʻrsatadi
Differensial tenglama Kepler muammosining turli konus kesimlariga oʻxshab uch xil yechimga ega. Qachon
C
<
1
{\displaystyle C<1}
, yechim epispiral, shu jumladan toʻgʻri chiziqning patologik holati qachon
C
=
0
{\displaystyle C=0}
. Qachon
C
=
1
{\displaystyle C=1}
, yechim giperbolik spiraldir . Qachon
C
>
1
{\displaystyle C>1}
yechim Puinsot spiralidir .
Eksadan tashqari aylanma harakat
Binet tenglamasi kuch markazi atrofida aylana harakati uchun yagona kuch qonunini bera olmasa ham, tenglama aylananing markazi va kuch markazi mos kelmasa, kuch qonunini berishi mumkin. Masalan, toʻgʻridan-toʻgʻri kuch markazidan oʻtadigan dumaloq orbitani koʻrib chiqing. Bunday dumaloq diametrli orbita uchun (oʻzaro) qutbli tenglama
D
{\displaystyle D}
hisoblanadi
Farqlash
u
{\displaystyle u}
ikki marta va Pifagor kimligidan foydalanish imkonini beradi
Kuch qonuni shunday
Eʼtibor bering, umumiy teskari masalani yechish, yaʼni jozibali orbitalarni qurish
1
/
r
5
{\displaystyle 1/r^{5}}
kuch qonuni, ancha qiyinroq muammodir, chunki u echishga tengdir
ikkinchi tartibli chiziqli boʻlmagan differentsial tenglama.
Manbalar
Adabiyotlar
uz.wikipedia.org