Egy keveset a bolygók perihélium - elfordulásáról

Hasonló dokumentumok
A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Egy mozgástani feladat

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

A Kepler - problémáról. Megint az interneten találtunk egy szép animációt 1. ábra, amin elgondolkoztunk: Ezt hogyan oldanánk meg? Most erről lesz szó.

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Egy geometriai szélsőérték - feladat

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Bolygómozgás. Számítógépes szimulációk fn1n4i11/1. Csabai István, Stéger József

Egy kinematikai feladathoz

A Cassini - görbékről

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Egy általános helyzetű lekerekített sarkú téglalap paraméteres egyenletrendszere. Az egyenletek felírása

A gúla ~ projekthez 2. rész

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Poncelet egy tételéről

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

Egy újabb látószög - feladat

A hordófelület síkmetszeteiről

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

A rektellipszis csavarmozgása során keletkező felületről

Egy kinematikai feladat

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

A kvadratrixról. Ez azt jelenti, hogy itt a görbe egy mozgástani származtatását vesszük elő 1. ábra. 1. ábra

A főtengelyproblémához

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Vontatás III. A feladat

Az éjszakai rovarok repüléséről

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Egy érdekes nyeregtetőről

A felcsapódó kavicsról. Az interneten találtuk az alábbi, a hajítás témakörébe tartozó érdekes feladatot 1. ábra.

A kettősbelű fatörzs keresztmetszeti rajzolatáról

3. jegyz könyv: Bolygómozgás

Chasles tételéről. Előkészítés

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

A bolygók mozgására vonatkozó Kepler-törvények igazolása

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Egy gyakorlati szélsőérték - feladat. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Fénypont a falon Feladat

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Egymásra támaszkodó rudak

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

További adalékok a merőleges axonometriához

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

A visszacsapó kilincs működéséről

A kardáncsukló tengelyei szögelfordulása közötti összefüggés ábrázolása. Az 1. ábrán mutatjuk be a végeredményt, egy körülfordulásra.

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

Képlet levezetése :F=m a = m Δv/Δt = ΔI/Δt

Egy sajátos ábrázolási feladatról

A csavarvonal axonometrikus képéről

Befordulás sarkon bútorral

Lövés csúzlival. Egy csúzli k merevségű gumival készült. Adjuk meg az ebből kilőtt m tömegű lövedék sebességét, ha a csúzlit L - re húztuk ki!

A térbeli mozgás leírásához

Kiegészítés a három erő egyensúlyához

A magától becsukódó ajtó működéséről

Kerék gördüléséről. A feladat

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

A kardáncsukló kinematikája I. A szögelfordulások közti kapcsolat skaláris levezetése

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

A hiperbolikus Kepler-egyenlet geometriai szemléletű tárgyalása

A Kepler-féle egyenlet és az affin transzformációk

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Két naszád legkisebb távolsága. Az [ 1 ] gyűjteményben találtuk az alábbi feladatot és egy megoldását: 1. ábra.

Érdekes geometriai számítások 10.

Tömegvonzás, bolygómozgás

A lengőfűrészelésről

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

A LECSÚSZÓ KÖR ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁJA. Írta: Hajdu Endre

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Fa rudak forgatása II.

A világtörvény keresése

Egy variátor - feladat. Az [ 1 ] feladatgyűjteményben találtuk az alábbi feladatot. Most ezt dolgozzuk fel. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Egy ismerős fizika - feladatról. Az interneten találtuk az [ 1 ] könyvet, benne egy ismerős fizika - feladattal 1. ábra.

A véges forgatás vektoráról

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

A gúla ~ projekthez 1. rész

Keresztezett pálcák II.

Matematikai geodéziai számítások 4.

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

A fák növekedésének egy modelljéről

Egy nyíllövéses feladat

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Ellipszis rajzolásához

Átírás:

1 Egy keveset a bolygók perihélium - elfordulásáról Szép ábrákat / animációkat találtunk az interneten, melyek felkeltették érdeklődésünket. Ilyen az 1. ábra is. 1. ábra forrása: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/drehung_der_apsidenlinie. svg/600px-drehung_der_apsidenlinie.svg.png Itt azt szemléltetik, hogy a mozgása során hogyan fordul el lassan egy bolygó pályája, amit a napközeli pont elforgatásával mutatnak meg. Viszonylag kevesebb szó esik a pálya alakjáról; igaz, ehhez már mélyebb matematikai és fizikai ismeretekre is szükség lehet. Ugyanis ez a jelenség a perturbált Kepler - probléma nevet is viseli, melyből kiderül, hogy bizonyos zavarok hatására alakul így a centrális erőtérben mozgó égitest pályája [ 1 ]. A Naprendszer egyik bolygójára kifejtett zavaró hatások lehetnek a Nap hatásán kívül : ~ a többi bolygó ( Newton szerinti ) gravitációs vonzása ( többtest - probléma ); ~ a Nap által meggörbített téridőben szabadon való ( Einstein szerinti ) mozgás. A zavart bolygópályát nem ritkán egy lassan elforduló ellipszisnek nevezik. Ennek az érdekes, ámde nem igazán közismert pályának megvan a polárkoordinátás egyenlete is [ 2 ] ahol a pólus most is a vonzó - centrumban van: ( 1 ) Itt az ellipszis szokásos adataival: ( 2 ) ( 3 )

2 ahol: ~ p: az ellipszis paramétere; ~ e: az ellipszis numerikus excentricitása; ~ a: az ellipszis fél nagytengelye; ~ b: az ellipszis fél kistengelye; ~ c: az ellipszis lineáris excentricitása; ~ κ: állandó tényező. Itt a κ tényezőről kell néhány szót ejteni [ 2 ]. ~ Értéktartománya, amire a levezetése során kapott alakból következtetünk: ( 4 ) ~ Értékének megválasztása: ha azt akarjuk, hogy az ( 1 ) képlettel előállított síkgörbe záródjon, akkor így érvelhetünk. A perihélium az ellipszis egyenletében a φ = 0 szögnek felel meg, ekkor r min = p / ( 1 + e ). Legközelebb akkor lesz a bolygó ilyen távolságra a ( vonzó - ) centrumtól, ha ( 1 ) - ben ( 5 ) A φ szöget ld. az 1. ábrát is! ( 6 ) alakban felírva ahol Δφ két egymást követő napközeli bolygóhelyzet szögtávolsága, ( 5 ) és ( 6 ) szerint: ( 7 ) Most gondoljuk meg az alábbiakat is! Ha 1 db perihélium - elfordulás létrehozásához szögelfordulást kell teljesítenie a bolygónak, akkor n db perihélium - elforduláshoz szögelfordulást, ami a pálya záródása esetén teljes szögelfordulást jelent. Eszerint: azaz:

3 ( 8 ) Most ( 7 ) és ( 8 ) szerint zárt pálya esetén: innen: ( 9 ) A szemléltetést szolgálja a 2. ábra is. 2. ábra forrása: [ 3 ] Az eddigieket egy mintafeladatban alkalmazzuk. Adatok: a = 5 ( cm ); b = 3 ( cm ); c = 4 ( cm ); m = 10; n = 9. ( A ) Most ( 10 ) és ( A ) szerint: ( a ) Majd ( 1 ), ( A) és ( a ) - val: ( b ) Ezután pl. ( 8 ) és ( A ) - val: ( c ) Eredményeinket a 3. ábra mutatja. Itt a zöld ellipszis a κ = 1 esetnek felel meg.

4 3. ábra Megjegyzések: M1. A ( 4 ) képlet előtt említettük, hogy a κ paraméter a alakban is felírható. Erre az ad okot, hogy [ 3 ] - ban ( a 60. oldalon ) az ( 1 ) alakú megoldáshoz ezt a képletet találjuk: ( d ) M2. [ 2 ] - ben a ( 7 ) képlet ellentettje olvasható. Máshol is találtunk benne sajtóhibát. M3. Részletes ismertetés / levezetés található a relativisztikus Kepler - mozgásról például [ 4 ] - ben. A szóban forgó pálya - alak elnevezése ott: rozetta - pálya. Az ottani vizsgála - tok annyiban relativisztikusak, hogy a tömeg sebességfüggését is figyelembe veszik, de a potenciálfüggvény ugyanaz, mint a nemrelativisztikus esetben. Vagyis ott egy speciális relativitáselméleti modellel dolgoztak, nem az általános relativitáselméletivel. A fizikusok szerint az utóbbi adja meg azt a perihélium - elfordulási különbözetet a Merkúr bolygó esetében, ami a csillagászati megfigyelések és az addigi elméleti értékek között volt.

5 M4. Érdemes újfent megjegyezni, hogy ( 4 ) fennállása esetén a perihélium - elfordulás szögére ( 7 ) általában, ( 8 ) pedig csak zárt pályagörbék esetén igaz. A [ 3 ] műben meg - említik, hogy általános esetben a véges mozgás pályája nem zárt; végtelen sokszor átmegy a minimális és maximális távolságon ( mint pl. a 2. ábrán ), és végtelen idő alatt betölti a két határ közötti egész körgyűrűt. M5. Most hasonlítsunk össze két, egymáshoz közeli zárt és nem zárt görbét 4. ábra! Ehhez adatok: a = 5; b = 3; c = 4; n = 7 ; m = 10 ; κ = 0,7. ( C1 ) a = 5; b = 3; c = 4; m = 10 ; κ = 1 / sqrt( 2 ) 0, 7071. ( C2 ) 4. ábra A ( C1 ) adatokkal bíró görbe záródik, mert pl. a mértékegység cm : φ = 0 - ra: r = 1; x = 1; y = 0; φ = 10 x 2π - re: r = 1; x = 1; y = 0; a ( C2 ) adatokkal bíró görbe nem záródik, mert pl. a mértékegység cm : φ = 0 - ra: r = 1; x = 1; y = 0; φ = 10 x 2π - re: r = 1,045563 ; x = 1,045563 ; y = 0.

6 M6. A pálya zártsága úgy értelmezhető, hogy a pályagörbének nem akármilyen, hanem a kezdő és végpontjai egybeesnek, bizonyos számú fordulat megtétele után. Ugyanis a nem zárt görbe is metszheti saját magát, vagyis két pontja egybeesik, ahogyan az pl. a 4. ábrán is látható. A 4. ábra utáni adatok is éppen a kezdő és a végpontok egymáshoz viszonyított helyzetéről szólnak. M7. A [ 3 ] műben ezt olvastuk: A pálya zártságának feltétele, hogy e szög ( itt a 2. ábrán is berajzolt szögre utalnak ) és hányadosa racionális szám legyen, azaz ahol m és n egész számok. Ezt hasonlítsuk össze a ( 8 ) - ból adódó ( 8 / 1 ) képlettel! Azt látjuk, hogy az m és n egész számok között többlet feltételként még kiróható pl. az is, hogy ( 10 ) Ha előírjuk, hogy ( 11 ) akkor ( 8 ) és ( 11 ) egyenlővé tételével: ( 12 ) Vegyük figyelembe, hogy a rozetta egy levele akkor tér el csak keveset az ellipszistől, ha egy kis pozitív ε - nal: ( 13 ) Majd ( 9 ) és ( 13 ) - mal: ( 14 ) Például a λ = 1, N = 11, a = 5; b = 3; c = 4; ( D ) választással ( D ) és ( 14 ) szerint: ( e )

7 ( f ) A ( D ), ( e ) és ( f ) - nek megfelelő rozettát az 5. ábra mutatja. Nagyítva jól látszik, hogy az első levél kezdete, valamint az utolsó vége pontosan egybeesik: a görbe záródik. Az 5. ábrán minden levelet más színnel rajzoltunk meg, a Graph ingyenes szoftverrel. 5. ábra M8. A κ > 1 esetben is működik az ( 1 ) képlet, azonban ekkor ez már nem a mondott fizi - kai feladat megoldását adja. Ez, persze, így egy kicsit pongyola megfogalmazás, hiszen a fizikai problémát nem is nagyon rögzítettük; pl. [ 3 ] - ban egy vagy

8 míg a [ 4 ] - ben egy, alakú potenciálfüggvényről van szó. A részleteken, meglehet, még el kell merengenie az érdeklődő Olvasónak. Ide tartozik a sajtóhiba kérdése is; megeshet, hogy az alaposabb vizsgálat kiderítené, hogy hol van félreértés, és hol történt valóban tévesztés. M9. Ha κ > 1, akkor a ( 7 ) szerint Δφ < 0. Egy ilyen esetet szemléltet a 6. ábra. Itt Ekkor ( 7 ) szerint: Ez jól látszik is. 6. ábra M10. Azt találtuk / az ábrák azt mutatják, hogy az

9 ( 1 ) egyenlet a κ tényező különbözői értékeinél / érték - tartományaiban más - más viselkedést mutat. Ezek ( 1 ) szerint, ( 7 ) - tel is, a κ < 0 tartománnyal nem foglalkozva: ( g ) ( h ) ( i ) ( j ) A ( 7 ) szerinti kapcsolatát a 7. ábra szemlélteti κ > 0 - ra. 7. ábra Úgy tűnik, hogy minket főleg csak a ( k ) érték - tartomány érdekelhet. M11. A jelzett klasszikus mechanikai kérdéskör alaposabb vizsgálatához ajánlható még az [ 5 ] munka tanulmányozása is. Ez komolyabb matematikai felkészültséget, esetleg elő - tanulmányokat is igényelhet.

10 Irodalomjegyzék: [ 1 ] Főszerk.: Holics László: Fizika Akadémia Kiadó, Budapest, 2009., 807 ~ 808. o. [ 2 ] Szerk.: Nagy Károly: Elméleti fizikai példatár I. Tankönyvkiadó, Budapest, 1981., 151. o. [ 3 ] L. D. Landau ~ E. M: Lifsic: Elméleti fizika I.: Mechanika Tankönyvkiadó, Budapest, 1974., 51 ~ 60. o. [ 4 ] Bernhard Schnizer: Analytische Mechanik e - jegyzet TU Graz, Inst. für Theoretische Physik, 2003., 172 ~ 176. o. [ 5 ] Herbert Goldstein ~ Charles Poole ~ John Safko: Classical Mechanics 3. kiadás, Addison Wesley, New York, 2000. internet: http://detritus.fundacioace.com/pub/books/classical_mechanics_goldstein_3ed.pdf Sződliget, 2017. augusztus 12. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár