Ekscentryczność (fizyka)






Orbity keplerowskie: eliptyczna orbita o mimośrodzie 0,7 (czerwona), orbita paraboliczna (zielona) i hiperboliczna o mimośrodzie 1,3


Ekscentryczność (inaczej mimośród) – wielkość charakteryzująca kształt orbity, opisywanej równaniem parametrycznym krzywej stożkowej. Oznacza się ją symbolem e. Najczęściej używana przy opisie toru ruchu ciała obiegającego drugie ciało pod wpływem siły grawitacji. W ogólności tor ruchu jest taki sam w polu każdej siły centralnej proporcjonalnej do odwrotności kwadratu odległości od centrum (1/r2{displaystyle 1/r^{2}}1/r^2; w szczególności siły elektrostatycznej).


Ekscentryczność orbity w polu siły grawitacji jest związana z energią całkowitą układu oddziałujących mas oraz z wartością całkowitego momentu pędu poprzez wzór:


e=1+2EL2μα2,{displaystyle e={sqrt {1+{frac {2EL^{2}}{mu alpha ^{2}}}}},}{displaystyle e={sqrt {1+{frac {2EL^{2}}{mu alpha ^{2}}}}},}

gdzie:




  • E – energia całkowita,


  • L – całkowity moment pędu.


Obie wielkości związane z ruchem względnym dwóch ciał (tzn. liczone w układzie odniesienia związanym z jedną z mas). Dla przyciągającej siły grawitacyjnej α=Gm1m2,{displaystyle alpha =Gm_{1}m_{2},}{displaystyle alpha =Gm_{1}m_{2},} natomiast μ:1μ=1m1+1m2{displaystyle mu :{frac {1}{mu }}={frac {1}{m_{1}}}+{frac {1}{m_{2}}}}{displaystyle mu :{frac {1}{mu }}={frac {1}{m_{1}}}+{frac {1}{m_{2}}}} określa tzw. masę zredukowaną układu dwóch ciał.


W zależności od energii E (przyjmuje się, że w nieskończoności energia potencjalna oddziaływania jest równa zeru) wówczas:




  • E=−μα22L2{displaystyle E=-{frac {mu alpha ^{2}}{2L^{2}}}}{displaystyle E=-{frac {mu alpha ^{2}}{2L^{2}}}} – orbita kołowa, tzn. e = 0,


  • E < 0 – orbita eliptyczna, tzn. 0 < e < 1,


  • E = 0 – orbita paraboliczna, tzn. e = 1,


  • E > 0 – orbita hiperboliczna, tzn. e > 1.


Mimośród geometrycznie można określić też wzorem:


e=1−b2a2,{displaystyle e={sqrt {1-{frac {b^{2}}{a^{2}}}}},}{displaystyle e={sqrt {1-{frac {b^{2}}{a^{2}}}}},}

gdzie:



b – półoś mała orbity, a – półoś wielka orbity,

przy czym:



a=p1−e2=α2|E|,{displaystyle a={frac {p}{1-e^{2}}}={frac {alpha }{2|E|}},}{displaystyle a={frac {p}{1-e^{2}}}={frac {alpha }{2|E|}},}

b=p1−e2=L2μ|E|,{displaystyle b={frac {p}{sqrt {1-e^{2}}}}={frac {L}{sqrt {2mu |E|}}},}{displaystyle b={frac {p}{sqrt {1-e^{2}}}}={frac {L}{sqrt {2mu |E|}}},}


gdzie:


p=L2μα=b2a.{displaystyle p={frac {L^{2}}{mu alpha }}={frac {b^{2}}{a}}.}{displaystyle p={frac {L^{2}}{mu alpha }}={frac {b^{2}}{a}}.}

Można również ekscentryczność wyrazić jako iloraz odległości ogniska od środka elipsy przez długość półosi wielkiej orbity eliptycznej:


e=ca.{displaystyle e={frac {c}{a}}.}{displaystyle e={frac {c}{a}}.}



這個網誌中的熱門文章

12.7 cm/40 Type 89 naval gun

Shark

Wiciokrzew