19009

Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в цен-тральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле

Лекция

Физика

Лекция 7. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в центральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле Полное аналитическое решение в общем виде допускает чрезвычайно важная задача о движении системы из взаимодействую

Русский

2013-07-11

268 KB

10 чел.

Лекция 7. Движение двух взаимодействующих частиц. Приведение к задаче о движении в центральном поле. Общие закономерности движения в центральном поле

Полное аналитическое решение в общем виде допускает чрезвычайно важная задача о движении системы из взаимодействующих друг с другом двух тел массами  и .  Это, так называемая, задача «двух тел».

Проще всего решать эту задачу в системе центра масс (Ц-системе). Однако, для большей наглядности мы начнем её решение в лабораторной системе (Л-системе), переходя затем в Ц-систему. Это позволит нам на языке уравнений Лагранжа наглядно продемонстрировать преимущества Ц -системы.

Рассматриваемая механическая система двух тел система имеет 6 степеней свободы: . Обозначим радиус-вектора частиц  в Л-системе  и  (см. рисунок). Тогда функция Лагранжа  в Л-системе будет иметь вид:

   (1)

Шесть уравнений Лагранжа и двенадцать начальных условий в Л-системе имеют обычный вид:

           (2)

Т.к. система замкнута, что её полный импульс сохраняется:

;      где       (3)

Поскольку потенциальная энергия взаимодействия частиц зависит только от расстояния  между частицами, то с учетом формулы (3), удобно от пары векторных переменных  и  перейти к новым переменным  и  (См. рисунок):

    и         (4)

Из формул (4) находим связь между старыми и новыми переменными:

   (5)

Величина  есть не что иное, как центр инерции системы: . Величина  определяет относительное расположение частиц друг относительно друга.

В Ц -системе, радиус-вектор каждой из частиц   и  будет определяться по формулам:

     (6)

Переход к новым переменным, фактически, представляет движение механической системы из двух тел как движение её как целое (переменная ) и движение каждой из частиц относительно их общего центра инерции (переменные  и ).

Дифференцируя уравнения (5) по времени и подставляя полученные производные в выражение для функции Лагранжа системы (1), получим

  (7)

где введено обозначение

     (9)

Величина  (9) называется приведенной массой двух тел. Функция Лагранжа (7) в новых переменных состоит из двух слагаемых: первое зависит только от величины , причем радиус вектор центра инерции  является циклической переменной. Второе слагаемое зависит только от величин  и , и только в него входит потенциальная энергия взаимодействия . Но это означает, что в новых переменных уравнения Лагранжа для величин  и  будут независимыми – закон относительного движения частиц  никак не связан с движением центра инерции системы .

Из формулы (7) получаем уравнения Лагранжа системы двух тел

    (10)

Уравнения (10) означают, что, во-первых, центр инерции системы движется равномерно и прямолинейно, а, во вторых, относительное движение тел таково, каким было бы движение тела с приведенной массой в потенциале .

Таким образом, для того чтобы определить положение каждой из двух частиц, как в Л-системе, так и в Ц-системе, остается определить зависимость от времени только их относительного движения, т.е. величины .

Таким образом, переход в Ц – системе позволяет задачу с шестью степенями свободы, свести к более простой задаче с тремя степенями свободы. Поэтому следующий шаг состоит в том, чтобы получить уравнение непосредственно для величины . Поэтому становится актуальной проблема изучения движения одной м. точки в заданном внешнем Ц.С. поле . Эта задача в общем виде будет рассматриваться в следующей лекции; сейчас же в связи со вторым уравнением (10) рассмотрим вопрос о силах, которые действуют на частицу в центрально-симметричном поле.

Если потенциальная энергия частицы  зависит только от расстояния  до определенной неподвижной точки, которая называется центром поля, то на частицу со стороны поля действует сила

   (11)

Эта сила по абсолютной величине зависит только от расстояния до центра поля  и направлена в каждой точке  коллинеарною радиус-вектору .  Если , то в данной точке это сила отталкивания . Если , то в данной точке это сила притяжения . Важнейшими ЦС полями являются: гравитационное поле двух точечных масс  (закон всемирного тяготения Ньютона) и электростатическое поле двух точечных зарядов  (закон Кулона):

;           .

;           .

Гравитационное поле может быть только полем притяжения . Кулоновское поле может быть как полем притяжения  так и полем отталкивания , причем первый случай реализуется при разноименных зарядах движущейся частицы и центра поля, второй – в случае, когда эти заряды одноименные.

3


r
(t)

Vц(t)

Vц

O

.

.

Rц

m1

.

m1

 m2

.

Ц

r

r1ц

r1

r2

m2

.

r(t)

Ц

Л


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29584. Стратегия и тактика планирования рекламной кампании 16.33 KB
  Стратегия и тактика планирования рекламной кампании. Планирование рекламной кампании это процесс в котором принимают участие все структурные подразделения рекламного агентства и маркетинговый отдел рекламодателя. Результат этого процесса составление плана рекламной кампании на определенный период. Главная задача планирования рекламной кампании определить как будет доноситься рекламное послание до потребителя: в какой форме с помощью каких средств массовой информации и в рамках какого бюджета.
29585. Основные понятия в медиапланировании (рейтинг, доля, HUT, PUT, PUR). Их расчет и соотношение в планировании рекламных кампаний 33.55 KB
  Home Using TV одним из базовых показателей в медиапланировании является число людей или домохозяйств в которых смотрят телевизор. Этот показатель описывает количество людей или домохозяйств использующих ТВ на определенный момент времени Иными словами это процент индивидуумов или домохозяйств использующих телевизор в данное время дня. Показатель HUT не включает людей смотрящих телевизор вне дома например в магазинах аэропортах отелях и т. То есть рекламное сообщение смогут увидеть те люди которые по крайней мере в данный момент...
29586. Медиавес рекламной кампании и его измерение (охват, частота, количество предъявлений) 46.5 KB
  Охват — это количество разных индивидуумов, которые были затронуты графиком прохождения рекламной кампании за данный период времени, или, другими словами, увидели нашу рекламную кампанию, наше рекламное объявление хотя бы один раз, обычно представляется в процентном формате.
29587. Принципы отбора медианосителей и оценка их эффективности 13.6 KB
  Рейтинг телевизионного времени доля в тех телезрителей которые смотрели конкретный канал в определенное время от потенциального числа телезрителей. Максимально высокий рейтинг имеет пиковое телевизионное время праймтайм. Сумма всех рейтингов целевой рейтинг показатель чистого полезного охвата умноженный на частоту контакта. Стоимость одного общерейтингового пункта мера определяющая эффективность конкретной программы.
29588. Эффективность рекламных кампаний и лояльность потребителей. Экономические и коммуникативные показатели эффективности 16.05 KB
  Наиболее популярный способ выявления эффективности рекламы методика облегчения вспоминания используемая для того чтобы определить в какой мере человек способен вспомнить ее содержание. Но даже если человек и хорошо запомнил содержание рекламы это вовсе не означает что он готов купить то что рекламируют. Второй способ выявления эффективности рекламы методика узнавания. Людям которые прочитали журнал или видели телевизионную программу предъявляют копии рекламы и задают вопросы о ней.
29589. Новые технологии и виды услуг рекламного рынка 15.87 KB
  Относительно низкая стоимость проекта. Небольшие временные затраты в разработке проекта. Краткосрочность эффекта от реализации проекта Маркетинг слухов Преимущества: 1. Невысокая стоимость в организации проекта.
29590. Соотношение охвата и частоты в медиапланировании. Использование ПО в медиапланировании 20.38 KB
  Соотношение охвата и частоты в медиапланировании. Охват это численность представителей ЦА в рамках компании имевших контакт с рекламой хотя бы 1 раз. При вычислении охвата получатели сообщения учитываются лишь один раз независимо от числа прочитанных ими газет просмотренных или прослушанных телерадиопрограмм. Охват аудитории может быть представлен и как характеристика аудитории которая видела слышала рекламу определенное число раз и как характеристика аудитории которая видела слышала рекламу не менее определенного числа раз.
29591. Рекламные агентства: виды, функции, тенденции развития 12.03 KB
  Агентство также приобретает или привлекает субподрядчиков для покупки рекламного места и времени в различных средствах массовой информации. Фирмы по приобретению рекламного времени. В услуги входит подробный анализ закупаемого времени. После реализации сформированного пакета рекламного времени такая фирма выдает график рекламной трансляции контроль его исполнения и даже проводит расчеты со СМИ.
29592. Место медиапланирования в структуре маркетинговой стратегии. Бюджет рекламной кампании 28.56 KB
  Медиапланирование: Медиапланирование это выбор оптимальных каналов размещения рекламы рекламных контактов проводимый с целью достижения максимальной эффективности рекламной кампании. Медиапланирование важный маркетинговый инструмент управления эффективностью рекламы. Он анализирует представленный товар или услугу его целевую аудиторию бюджет срок размещения рекламы а также цели которые необходимо достигнуть. Таким образом исходя из информации содержащейся в брифе и будет вестись вся последующая работа выбор рекламоносителей...