ISMÉT FÖLDKÖZELBEN A MARS!



Hasonló dokumentumok
TELEPATIKUS RENDSZEREK HÍRKÖZLÉS-ELMÉLETI KUTATÁSA

2. előadás: További gömbi fogalmak

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

Emberi ízületek tribológiája

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

Méréssel kapcsolt 3. számpélda

Három dimenziós barlangtérkép elkészítésének matematikai problémái

Vetülettani és térképészeti alapismeretek

Ady Endre Líceum Nagyvárad XII.C. Matematika Informatika szak ÉRINTVE A GÖRBÉT. Készítette: Szigeti Zsolt. Felkészítő tanár: Báthori Éva.

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

Prizmás impulzuskompresszorok hômérsékleti stabilitásának modellezése

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

A poláros fény rejtett dimenziói

5. Trigonometria. 2 cos 40 cos 20 sin 20. BC kifejezés pontos értéke?

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 22. Kvantumradír

választással azaz ha c 0 -t választjuk sebesség-egységnek: c 0 :=1, akkor a Topa-féle sebességkör teljes hossza 4 (sebesség-)egységnyi.

= szinkronozó nyomatékkal egyenlő.

MATEMATIKA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Sugárkövetési algoritmusok (2. rész)

Segédlet Egyfokozatú fogaskerék-áthajtómű méretezéséhez

A műszaki rezgéstan alapjai

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Az aperturaantennák és méréstechnikájuk

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Geometriai Tanszék AZ EVOLUTÁK VILÁGA. BSc szakdolgozat. tanári szakirány. Budapest, 2013.

A Michelson-Morley kísérlet gyökeres átértékelése

A 2008/2009. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai és megoldásai fizikából. I.

MATEMATIKA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK május 19. du. JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

Síkban polarizált hullámok síkban polarizált lineárisan polarizált Síkban polarizált hullámok szuperpozíciója cirkulárisan polarizált

Gyakorló feladatok Tömegpont kinematikája

Tűgörgős csapágy szöghiba érzékenységének vizsgálata I.

NEM CSAK A ZSELICBEN POMPÁZIK CSILLAGFÉNYBEN AZ ÉJSZAKAI ÉGBOLT szekszárdi diákcsoport fényszennyezésmérései. Motiváció

Egy kétszeresen aszimmetrikus kontytető főbb geometriai adatainak meghatározásáról

A továbbhaladás feltételei fizikából és matematikából

b) Adjunk meg 1-1 olyan ellenálláspárt, amely párhuzamos ill. soros kapcsolásnál minden szempontból helyettesíti az eredeti kapcsolást!

MATEMATIKA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ

A.15. Oldalirányban nem megtámasztott gerendák

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria I.

19. Az elektron fajlagos töltése

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM Faipari Mérnöki Kar. Mőszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet. Dr. Hajdu Endre egyetemi docens MECHANIKA I.

3. Nevezetes ponthalmazok a síkban és a térben

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

BBBZ kódex

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Visszatérítő nyomaték és visszatérítő kar

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

IX. Az emberi szem és a látás biofizikája

Feszített vasbeton gerendatartó tervezése költségoptimumra

Mikrohullámok vizsgálata. x o

Széchenyi István Egyetem. Alkalmazott Mechanika Tanszék

A poláros fény rejtett dimenziói

2007/2008. tanév. Szakács Jenő Megyei Fizika Verseny I. forduló november 9. MEGOLDÁSOK

Matematikai modellalkotás

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Analízis I. példatár. (kidolgozott megoldásokkal) elektronikus feladatgyűjtemény

Dekonvolúció, Spike dekonvolúció. Konvolúciós föld model

Készítette:

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

A csavarvonalról és a csavarmenetről

Elektromágneses hullámok terjedési sebességének mérése levegőben

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Robotszerkezetek animációja

4. modul Poliéderek felszíne, térfogata

Az ablakos problémához

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

5. modul Térfogat és felszínszámítás 2

ACÉLÍVES (TH) ÜREGBIZTOSÍTÁS

Rutherford-féle atommodell

Az optikai jelátvitel alapjai. A fény két természete, terjedése

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Biztosítási ügynökök teljesítményének modellezése

Gondolkodjunk a fizika segı tse ge vel!

MEGOLDÓKULCS AZ EMELT SZINTŰ FIZIKA HELYSZÍNI PRÓBAÉRETTSÉGI FELADATSORHOZ 11. ÉVFOLYAM

Kúpfogaskerék lefejtése léc-típusú szerszámmal

1. A neutronvisszaszórási hatáskeresztmetszet

GEOMETRIAI OPTIKA - ÓRAI JEGYZET

A rádió* I. Elektromos rezgések és hullámok.

9. modul Szinusz- és koszinusztétel. Készítette: Csákvári Ágnes

Csődvalószínűségek becslése a biztosításban

BUDAPESTI MŰSZAKI EGYETEM Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Hőkezelés 2. (PhD) féléves házi feladat. Acélok cementálása. Thiele Ádám WTOSJ2

INTELLIGENS FOLYADÉKOK, ELEKTRO- ÉS MAGNETOREOLÓGIAI FLUIDUMOK A KÖZÉPISKOLÁBAN

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

Ferde fényképezés. Szalkai István Pannon Egyetem, Veszprém, June 18, 2015

A HÉJSZERKEZETEK TERVEZÉSÉNEK GYAKORLATI KÉRDÉSEI 1. A NYOMÁSTARTÓ EDÉNYEK TERVEZÉSÉNEK ÁLTALÁNOS ELVEI

Ha vasalják a szinusz-görbét

Fizika évfolyam

- III. 1- Az energiakarakterisztikájú gépek őse a kalapács, melynek elve a 3.1 ábrán látható. A kalapácsot egy m tömegű, v

Matematika. Specializáció évfolyam

Földművek gyakorlat. Vasalt talajtámfal tervezése Eurocode szerint

FÉNYT KIBOCSÁTÓ DIÓDÁK ALKALMAZÁSA A KÖZÉPISKOLAI FIZIKAOKTATÁSBAN

REPÜLŐFEDÉLZETI TŰZFEGYVEREK LÖVEDÉK MOZGÁSÁNAK BALLISZTIKAI SZÁMÍTÁSA 2 BEVEZETÉS

ADDITÍV KONVOLÚCIÓS ÖSSZEGEK SPEKTRÁLIS FELBONTÁSA

MATEMATIKA TANTERV Bevezetés Összesen: 432 óra Célok és feladatok

4. sz. Füzet. A hibafa számszerű kiértékelése 2002.

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. (54) Szerkezet bõr alatti kötõszövet kezelésére, fõként masszírozására

Anyagmozgatás és gépei. 3. témakör. Egyetemi szintű gépészmérnöki szak. MISKOLCI EGYETEM Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszék.

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

2014/2015. tavaszi félév

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Átírás:

nikai Vállalat, Audió, EVIG Egyesült Villamosgépgyár, Kismotor- és Gépgyár, Szerszámgép Fejlesztési Intézet (Halásztelek), Pestvidéki Gépgyár (Szigethalom), Ikladi ûszeripari ûvek (II), Kôbányai Vas- és Acélöntöde (KÖVAC), EÔTEV, Emelôgépgyár, Karcagi Üveggyár, Tungsram Egyesült Izzólámpa és Villamossági t., Kontakta, Állami Pénzverde, Vákuumtechnikai Gépgyár, Vasipari Kutatóintézet, agyar Optikai ûvek (O), agyar Kábel ûvek (K), agyar Selyemipari Vállalat, EDICO, öntgen Javító és Szerelô Vállalat, Gördülôcsapágy ûvek (GÖCS, Debrecen), Budapesti Kôolajipari Vállalat, PEÜ ûanyagipari t. (Solymár), Kenéstechnikai Intézet, eanal Finomvegyszergyár t. Köszönet segítségükért és szakszerû munkájukért. Akik/amelyek fenti felsorolásokból esetleg kimaradtak volna, azoktól ezúton kérek szíves elnézést. Irodalom:. JÉKI LÁSZLÓ: KFKI TA KFKI és Arteria Studio, Budapest, 00. KESZTHELYI LAJOS: Simonyi Károly 96 00 Fiz. Szemle 5 (00) 3 3. STAA GYULA: A soproni részecskegyorsító. Beszélgetés Simonyi Károllyal Természet Világa 3/ (00) 4. KOSTKA PÁL: észecskegyorsítók Sopronban és Budapesten Híradástechnika 47/4 (00) 3 7 5. CSUGAYNÉ ILDIKÓ: Simonyi Károly professzor emeritus, akadémikus, 96 00 Híradástechnika 47/4 (00) 3 8 6. KESZTHELYI LAJOS: Simonyi Károly Fiz. Szemle 53 (003) 45 7. KOSTKA PÁL: Simonyi Károly gyorsítói Fiz. Szemle 53 (003) 49 8. KLOPFE EVIN: Simonyi Károly és a magyar részecskegyorsítók Fiz. Szemle 54 (004) 04 06 9. KOSTKA PÁL: A hazai fizikatörténet jeles emléke Természet Világa 35 (004) 48 484 0. KLOPFE EVIN: Simonyi Károly professzor és a magyarországi részecskegyorsító-berendezések Informatika 4 7/5 (004) 5 9. KLOPFE EVIN: Tisztelet a gyorsítóépítôknek Élet és Tudomány Online (005. 03. 3) A FIZIKA TANÍTÁSA ISÉT FÖLDKÖZELBEN A AS! Pálfalvi László TA PTE Nemlineáris Optikai és Kvantumoptikai Kutatócsoport PTE, Kísérleti Fizika Tanszék A bolygók mozgása régóta foglalkoztatja az emberiséget. Kepler a XVII. században tapasztalati úton állította fel a bolygómozgás törvényeit. Késôbb Newton Kepler eredményeit felhasználva eljutott az általános tömegvonzás törvényéig (Newton-féle gravitációs törvény). Tudjuk jól, hogy ez az út fordítva is járható, a Newton-féle gravitációs törvénybôl következnek Kepler törvényei. Noha Kepler törvényei már több száz évesek, a 60-as, 70-es években több cikk is megjelent a Kepler-problémával kapcsolatban. Györgyi Géza elsôsorban a Kepler-probléma szimmetriáival foglalkozott. A Kepler-mozgás geometriai szemléltetésével kapcsolatban is jelentek meg publikációk. Ezek közül ugyancsak Györgyi Géza cikkét [] emelném ki, amelyben leírtak segítséget nyújtanak jelen cikk kitûzött problémájának megoldásához, melyre hagyományos módszerekkel csak komolyabb erôfeszítések árán nyílik lehetôség. Az utóbbi években ismét fellendült az érdeklôdés a bolygómozgás problémaköre iránt. P.A. Horváthynak jelentek meg ilyen vonatkozású írásai, melyekben egy konkrét probléma kapcsán, mindjárt a módszer alkalmazását is bemutatta. Jelen cikkben két bolygó (konkrétan a Föld és a ars) távolságának az idôtôl való függését vizsgáljuk. A bemutatott módszerrel lehetôség nyílik a közelállások idôpontjainak megjóslására. A számítások során néhány egyszerûsítô közelítést használunk, ugyanis a cikk célja nem a maximális pontosságra való törekvés (ez a csillagászok feladata), hanem egy fizikai módszer alkalmazásának bemutatása. A Föld és a ars távolságának vizsgálata A ars Földhöz legkedvezôbb közeli állapotainak idôbeli periodicitása az évtizedes skálán figyelhetô meg. Ez legutóbb 003. augusztus 7-én következett be. Az ilyen események megjóslásához a két bolygó egymástól mért távolságának az idôfüggését kell ismernünk. Vizsgáljuk meg, hogy a mechanika törvényeibôl kiindulva erre milyen lehetôség adódik! Az egyszerûség kedvéért tegyük fel, hogy a bolygók keringési síkja egybeesik (ez Naprendszerünk bolygói esetén jó közelítéssel igaz is, különösen a Föld és a ars esetén)! Ha nem élünk ezzel a feltevéssel, csupán technikailag lesz kissé komplikáltabb a számítás, elvi nehézségbe nem ütközünk. A Napot tekintsük nyugvónak és csak a Nap bolygó kölcsönhatásokat vegyük figyelembe! A Föld pályáját körrel közelítve Tegyük fel, hogy a Föld körpályán, a ars ellipszispályán kering a Nap körül! Ez jó közelítéssel igaz is, hiszen a ars pályájának az excentricitása ε = 0,093, míg a Földé = 0,07. Ezen feltevésekkel élve az adott bolygó N impulzusmomentuma (pontosabban annak nagysága) és E energiája mozgásállandó: N = mr ϕ, () A FIZIKA TANÍTÁSA 39

Az () és () egyenleteket felhasználva illetve dr dt E = m ṙ r ϕ γ m. r = m. ábra. A Föld és a ars pályája Napközéppontú koordináta-rendszerben. A Föld pályáját körrel közelítjük. y Nap dϕ dt E j = N mr, adódik. Ennél a pontnál a tankönyvek hangsúlyozzák, hogy a (3) és (4) egyenletekbôl r (t )ésϕ(t ) nem határozható meg zárt explicit alakban. Viszont az idô eliminálásával az r(ϕ) = γ m r d Föld mr pálya származtatható, ahol (E < 0 esetén) p = b /a = a( ε ) az ellipszis paramétere, ε az excentricitása, a és b a fél nagy-, illetve fél kistengely hossza. Az () és (5) egyenletek felhasználásával t -nek a ϕ-tôl való függése megadható t(ϕ) = m N ϕ p ε cosϕ, ϕ 0 r(ϕ ) dϕ módon. A (6) integrál ugyan zárt alakban nem adható meg, de numerikus módszerrel meghatározható a t(ϕ) kapcsolat. Ennek az inverz függvénye a számunkra érdekes ϕ(t), ahonnan r(t) (5) ismételt felhasználásával meghatározható, tehát a koordináták idôfüggése ismertté válik. ost visszatérhetünk az eredeti problémához, a Föld ars távolságának idôbeli vizsgálatához. A (6) egyenlettel az idôt a ars ϕ koordinátájával paraméterezzük, és ez a ϕ fogja az idôn keresztül a Föld helyzetét is paraméterezni. Vegyünk fel egy derékszögû koordináta-rendszert (. ábra) a pályák síkjában, melynek origója a Nap. A keringési idôket jelöljük T F -fel, illetve T -mel, a Föld szögsebessége pedig ω F =π /T F. A ars impulzusmomentumának és területi sebességének kapcsolata: ars N N =m π ab T =m π a ( ε ) / T. x () (3) (4) (5) (6) (7) A t = 0 idôpillanatban a ars legyen ϕ 0 fázisú állapotban! Az (5) és (7) összefüggéseket (6)-ban figyelembe véve az idôre, mint a ϕ koordináta függvényére. ábra. A Föld ars távolság az idô függvényében. A Föld pályáját körrel közelítettük. Föld ars távolság (0 m) 4 3 0 t (ϕ) = ( ε ) 3/ π T ϕ adódik. A ars Descartes-koordinátái: 0 0 0 30 idõ (év) ϕ 0 ( ε cosϕ ) dϕ A Föld mozgása egyenletes körmozgás, tehát az X és Y koordinátái egyszerûen meghatározhatók az idô függvényében, azaz közvetetten a ars ϕ koordinátájának segítségével: 40 50 60 (8) x = r (ϕ) cosϕ, (9) y = r (ϕ) sinϕ. (0) X [t(ϕ)] = cos ω F t(ϕ) Φ 0, () Y [t(ϕ)] = sin ω F t(ϕ) Φ 0, () ahol a körpálya sugara, és a t = 0 idôpillanatban a Φ 0 fázisú állapotban van. A két bolygó távolsága pedig: d [t(ϕ)] = X [t(ϕ)] x [t(ϕ)] Y [t(ϕ)] y [t(ϕ)]. (3) A probléma megoldásának a kulcsa tehát az, hogy a ars ϕ koordinátájával tudjuk paraméterezni mind az idôt, mind pedig a bolygók távolságát. Ezáltal minden t idôpillanathoz hozzá tudjuk rendelni a d -t, ahol a két mennyiség a ϕ paraméteren keresztül kapcsolódik össze. Érdemes valós adatokat (a =,88 0 m, T =,88 T F, ε = 0,093, =,5 0 m) felhasználva ábrázolni a bolygók távolságát az idô függvényében. Erre alkalmas számítógépes szoftverek például a athcad, illetve a aple. A. ábrán a Föld ars távolság látható az idô függvényében ϕ 0 = Φ 0 = 0 kezdôfázisok esetén. A vízszintes tengelyen az idôt (8) alapján), a függôleges tengelyen a bolygók távolságát (3) szerint) mérjük. A körülbelül év periódusú oszcillációt alulról is és felülrôl is egy körülbelül 6 év periódusú burkoló modulálja. A bolygótávolság idô függvénynek nem szimmetriatranszformációja a burkoló a(+ e)+ a( e)+ a(+ e) a( e) 30 NE ÉLHETÜNK FIZIKA NÉLKÜL FIZIKAI SZELE 005 / 9

K z K z y P r = a y r aq x= x d y q O ea C A x= x 3. ábra. A valóságos bolygómozgás az x y síkban történik, a segédkör az x y síkban helyezkedik el. periódusidejével való eltolás, ahogy az a. ábrán látszik is. A függvény alsó és felsô korlátja a kör és az ellipszis azon két-két pontjának távolsága, melyek egymáshoz legközelebb, illetve legtávolabb esnek. indkét bolygó Kepler-mozgást végez A továbbiakban vizsgáljuk ugyanezt a problémát abban az esetben, amikor mindkét bolygó ellipszispályán mozog! (8)-hoz hasonló módon az idôt fejezzük ki az egyik bolygó, például a Föld ϕ F koordinátájának segítségével! Folytatva az elôzô gondolatmenetet ezután meg kellene határozni a ars helyzetét (ϕ ) az idô függvényében. Ez körmozgás esetén könnyen ment, elliptikus mozgás esetén viszont a ϕ (t ) függvénykapcsolatot nem tudjuk megadni, csak t(ϕ )-t, hasonlóan, mint (8)-ban tettük. Így azt tehetjük, hogy a (8) összefüggéssel kiszámolt t (ϕ F ) és t (ϕ ) idôket egyenlôvé tesszük: ( ε ϕ F )3/ F T π F ( cosϕ F ) dϕ = F ϕ 0F ( ε ϕ )3/ T π ( ε cosϕ ) dϕ, ϕ 0 (4) ezáltal ϕ F és ϕ között relációt kapunk. Ez nyilván megint csak egy implicit függvénykapcsolat, de a probléma elvileg megoldott. Adott pillanatban tehát tudjuk, hogy hol van a Föld (ϕ F ), illetve a ars (ϕ ). A probléma csak az, hogy ez a számolás meglehetôsen bonyolult és idôigényes. Az alábbiakban olyan gondolatmenetet ismertetünk, amely lényegesen leegyszerûsíti és meggyorsítja a számolás menetét. A megoldás alapja az, hogy minden Keplermozgás származtatható egy körmozgásból. Elsôdleges lépés, hogy az adott Kepler-mozgáshoz meghatározzuk a körpályát, illetve a körmozgás idôbeli lefolyását. Vegyünk fel egy K koordináta-rendszert, az x, y és z tengelyek irányába mutató egységvektorokat jelöljük e, e, illetve e 3 -mal! Vegyünk fel egy másik, K koordinátarendszert (egységvektorai e, e, és e 3 ), melynek origója és x tengelye egybeesik K origójával és x tengelyével. A K rendszer a közös tengely körül legyen δ szöggel (0 δ π/) elforgatva a 3. ábrán látható módon! Legyen sinδ = ε, aminek indokoltsága hamarosan világos 4. ábra. Az a sugarú segédkörön mozgó P pont x y síkra vett vetülete a Kepler-mozgás. lesz. ozogjon egy P pont a K rendszer x y síkjában origó középpontú, a sugarú körön, lásd a 4. ábrát! Jelöljük θ-val azt a szöget, amelyet az O -ból a P pontba húzott r helyvektor az x tengellyel bezár! Ekkor r = e a cosθ e a sinθ. (5) Az x y síkban körpályán mozgó P pontot vetítsük merôlegesen a K rendszer x y síkjára! Az így kapott Q pont K -beli koordinátái: x = e r = e e a cosθ 0 e e a sinθ = a cosθ, y = e r = e e a cosθ e e a sinθ = 0 cosδ = ε = a ε sinθ = b sinθ (6) (7) ivel az x, y koordinátákra teljesül az (x /a )+(y /b )= összefüggés, látszik, hogy az alkalmasan megválasztott ( = a, sinδ = ε) körpálya merôleges vetülete a fél nagyés b fél kistengelyû ellipszis. ost már csak az a kérdés, hogy hogyan kell a P pontnak mozognia (azaz θ milyen függvénye legyen az idônek), hogy a Q pont Keplermozgást végezzen? A 4. ábrán látható O pont az a sugarú segédkörnek és az ellipszisnek is a középpontja, C a centrum (az ellipszis fókuszpontja). Az O és a C pont rajta van az x, illetve x tengelyeken. A Kepler-mozgás területi sebességének állandósága azt jelenti, hogy a C-bôl a bolygóhoz (Q -hoz) húzott vezérsugár azonos idôk alatt azonos területeket súrol. A merôleges vetítés tulajdonságából következik, hogy ennek a CP vezérsugárra is igaznak kell lennie, a területi sebességek csak egy cosδ faktorban különböznek (ahol δ a két szóban forgó sík normálisa által bezárt szög). Legyen a P pont (és egyben a Q pont is) a t = 0 idôpillanatban a kör és az OC egyenes A metszéspontjában! A területi sebesség állandósága miatt a CAP síkidom területének az idôvel arányosan kell változnia! Ez a terület viszont nem más, mint A FIZIKA TANÍTÁSA 3

az OAP körcikk ½θ a területének és az OCP háromszög ½εa sinθ területének a különbsége. ivel a CAP terület változási gyorsasága a π/t =½a ω, ezért azaz θ a ε a sinθ = a ω t, K K K K F ars pályája a θ ε sinθ = ω t, ahol ω nem más, mint a bolygó (Q pont) átlagos szögsebessége. Ha a t = 0 idôpillanathoz θ 0 szög tartozik, akkor θ ε sin θ (θ 0 ε sin θ 0 )=ω t. (9) Térjünk vissza a Föld és a ars esetéhez! indkét bolygóhoz rendeljük hozzá a segédkört, t = 0-ban a bolygópozíciók által meghatározott θ koordináták legyenek θ 0F és θ 0! Írjuk fel a (0) egyenletet a segédkörökön történô mozgásra, melyekbôl a θ F és θ között noha explicite nem kifejezhetô, de viszonylag egyszerû kapcsolat adódik: ω F θ F (θ 0F sinθ 0F ) = ω θ ε sinθ (θ 0 ε sinθ ). (0) () A bolygók helyzete közti kapcsolat vizsgálatára ez lényegesen könnyebben kezelhetô, mint a (4) egyenletbeli összefüggés. Igaz, hogy ()-ben a kapcsolat nem a keringési síkbeli polárkoordináták között van értelmezve, de a vetítéseket megtéve még mindig lényegesen egyszerûbb a dolgunk, mintha a (4) összefüggést használnánk. A merôleges vetítést kell tehát elvégeznünk (6) és (7)- nek megfelelôen, hogy a két bolygó helyzetét megkapjuk a K F és K koordináta-rendszerekben (lásd 5. ábra). K -ban és K -ban való megadáshoz az eltolási transzformációt kell megtenni. Ezekben a rendszerekben a bolygópozíciókra kapjuk: A ars helyzetének K -ban való megadásához egy for- gatási transzformációt kell még végrehajtani: x F = a F (cosθ F ), () y F = b F, (3) x = a (cosθ ε ), (4) y = b sinθ. (5) x y = x = x cosα y sinα y sinα, (6) cosα. (7) A () (7) egyenletek felhasználásával lehetôvé vált a bolygók távolságának a paraméterezése a Föld θ F koordinátájával. Az idôt is, és a bolygók távolságát is kifejezhetjük θ F segítségével: Föld pályája 5. ábra. A bolygók helyzetét elôször a K F és K,majdaK és K rendszerekben adjuk meg. Innen egy forgatási transzformációval a ars helyzete is megadható a K -ban. t = ost már elkészíthetô a d (θ F ) t(θ F ) grafikon, és nyomon lehet követni a két bolygó távolságát az idô függvényében. eg kell azt a nem utolsó gyakorlati szempontot is jegyeznünk, hogy ezzel a módszerrel több nagyságrenddel rövidebb a számolási idô, mintha a (4) egyenletet használtuk volna fel a bolygópozíciók kapcsolatának meghatározásához. A ars Föld távolság meghatározásához (6. ábra) felhasználtuk a bolygók keringési idôinek, nagytengelyeinek és excentricitásainak értékeit. Felhasználtuk továbbá, hogy a nagytengelyek által bezárt szög (5. ábra) α = 3, valamint hogy θ 0F = 78,4, illetve θ 0 = 75,9. Ez utóbbi két mennyiséget az 998. évi Csillagászati Évkönyvben közzétett adatokból számoltuk, 998. január -jét választva t = 0-nak. A görbe segítségével néhány nap eltéréssel meghatározható a 003. augusztus 7-i nevezetes esemény, amikor is a Föld és a ars lehetô legközelebb került egymáshoz. A pár nap pontatlanság egy ilyen idôskálán lejátszódó esemény esetében elenyészônek számít. A grafikonról leolvasható a következô lokális minimum is, amely 005. november 7-én fog bekövetkezni. odellünkben a nagytengelyek által bezárt α szöget idôben állandónak tekintettük, ugyanis ez egy idôben igen lassan változó mennyiség. Ezenkívül a pályasíkok 6. ábra. A Föld ars távolság az idô függvényében. A Föld is és a ars is Kepler-mozgást végez. Föld ars távolság (0 m) 4 3 0 ω F θ F (θ 0F sinθ 0F ), (8) d = (x F x ) (y F y ). (9) 003. aug. 7. 005. nov. 7. 000 005 idõ (év) 00 3 NE ÉLHETÜNK FIZIKA NÉLKÜL FIZIKAI SZELE 005 / 9

hajlásszögét zérusnak vettük, hogy további koordinátatranszformációkat spóroljunk meg. Ennek csupán didaktikai oka volt: jobban tudjunk a mondanivaló lényegére fókuszálni. Összefoglalás Kepler-mozgásnál a bolygó pozícióját az idô függvényében megadni nem magától értetôdô feladat. Explicit alakban nem is adhatók meg az r és ϕ koordináták az idô függvényében. Ez azt vonja maga után, hogy számos kérdés megválaszolása (pl. két bolygó távolságának a nyomon követése) nehézségekbe ütközik. Érdekes és szempontunkból szerencsés tény, hogy minden Keplermozgáshoz rendelhetô egy körmozgás, melynek idôbeli lefolyása nem túl bonyolult. Ezzel a segédeszközzel két bolygó pozíciója közt egyszerû kapcsolat teremthetô, távolságuk idôfüggése könnyedén számolható. Irodalom. GYÖGYI GÉZA: A Kepler-mozgás és a gravitációs törvény Fiz. Szemle (97) 05. GYÖGYI GÉZA: A Kepler-problémáról Fiz. Szemle 5 (965) 74 3. GYÖGYI GÉZA: A Kepler-probléma rejtett szimmetriáiról Fiz. Szemle 8 (968) 4 4. BALÁZS BÉLA: Csináljuk egyszerûbben! Fiz. Szemle 4 (964) 58 5. P.A. HOVÁTHY: Bolygómozgásról egy régi versenyfeladat kapcsán Fiz. Szemle (003) 405 6. P.A. HOVÁTHY: Bolygómozgás és geometria I. Fiz. Szemle 55 (005) 48 7. P.A. HOVÁTHY: Bolygómozgás és geometria II. Fiz. Szemle 55 (005) 64 8. VEES IKLÓS: A Kepler-féle bolygópályák szerkesztése Fiz. Szemle 4 (964) 3 9. HASKÓ PÉTE: Elméleti mechanika Egyetemi tankönyv, PTE, 995 0. BUDÓ ÁGOSTON: echanika negyedik kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 965. Csillagászati Évkönyv 998 agyar Csillagászati Egyesület, Budapest, 997. Csillagászati Évkönyv 005 agyar Csillagászati Egyesület, Budapest, 004 3. http://www.macsed.ngo.hu/z8.htm INDENTUDÁS AZ ISKOLÁBAN HOGYAN ÁNYÉKOLHATÓ LE A OBILTELEFON? A közmondás szerint más kárán tanul az okos. Ha jól megvizsgáljuk ennek a mondásnak a gyakorlati megvalósulását, észrevehetjük, hogy más kárán ritkán tanulunk, az vésôdik csak be igazán tudatunkba, amit magunk tapasztalunk, magunk élünk át, amelyet személyes tapasztalattal szereztünk. Hasonló a helyzet a tanulással is. Az elmondott szöveget elhihetjük, jól megtanulhatjuk, de csak akkor válik igazi sajátunké, ha sok tapasztalat révén kapcsolatot teremtettünk az elmondottak és az átélt események között. egények olvasásakor is beleéljük magunkat a szereplô helyébe, és közben felötlik gondolatunkban az az élmény, amely hasonlóságot mutat a szereplô által megélttel. Hasonló a helyzet a fizikával is. egtanuljuk a törvényeket, tudjuk Newton megállapításait, Buridan és Galilei által megfogalmazott tehetetlenséget, de csak akkor válik igazán magunkévá, ha tapasztaljuk, hogy a jármûben fékezéskor elôreesünk, az autót fékezni kell, hogy megálljon. méret méret. ábra. Az elektromágneses hullámok különbözô tartománya rádióhull. mikrohull. infrav. látható ultraibolya rtg. gamma 0 0 0 4 0 7 0 8 0 0 0 0 4 hullámhossz méterben emberek méh gombostûfej sejtek molekulák atomok atommagok Az elektromágneses hullámok közül csak a fényt érzékeljük, de a technika fejlôdése lehetôséget adott széles skálában történô megismerésre (. ábra). A leghosszabb hullámhossz, amit rádióhullámként tapasztalunk, kilométer nagyságrendû. Ezek a hosszúhullámok. Bár a rádiózás ebben a hullámhossztartományban kezdôdött, ma már alig találunk itt adót, és a modern rádiók már ezt a sávot nem is fogják. A középhullám tartománya 00 m-tôl 000 m-ig terjed. Itt van a Kossuth adó, és még sok egyéb rádióadó is. Ez a sáv azért terjedt el, mert jó terjedési tulajdonságai vannak. A felületi hullámok, amelyek a Föld felszínén terjednek, sokáig nem csillapodnak, és a sugárzás visszaverôdik az ionoszférán, ezért középhullámú adót távoli kontinenseken is lehet fogni. A rádiókon a 600 m-nél hosszabb hullámhosszok nem találhatók meg, mivel azt a frekvenciasávot a tengeri navigációnak tartják fenn. A középhullámú tartományban (0 00 m) a felületi hullám már erôsebben csillapodik, a hosszútávú rádiózásban nem játszik szerepet, a visszaverôdés az ionoszféráról még jelentôs. Akik még gyakran hallgatták ezeket az adásokat, emlékezhetnek a fading jelenségére. A jelenség abban nyilvánult meg, hogy az adás hol csendesebb, hol hangosabb volt. Ez az érdekes hatás az ionoszféra mozgásának következménye. A mozgó, ionoszféráról visszavert sugár frekvenciája Doppler-eltolódást szenved, és ez a sugár interferál a direkt sugárral. INDENTUDÁS AZ ISKOLÁBAN 33