Winkelgeschwindigkeit im zentralen Kraftfeld

Betrachten Sie für die Bewegung in einem zentralen Kraftfeld ein rotierendes Referenzsystem, das durch die Euler-Winkel gekennzeichnet ist a , β , γ verbunden mit der Drehung des Rahmens von kartesischen Koordinaten notwendig, um die auszurichten z Achse des Laborrahmens zum Teilchendrehimpuls l und das j Achse des Laborrahmens mit der R Vektor, der die momentane Position eines Teilchens in Bezug auf das Kraftzentrum angibt.

γ ˙ = l M R 2
Und a , β sind konstant.

Geschwindigkeit eines Teilchens (im Kugelkoordinatensystem innerhalb des Laborrahmens; ich meine X = R Sünde θ cos ϕ , usw.) ist

v   =   v R e R + v θ e θ + v ϕ e ϕ =   R ˙ e R + R θ ˙ e θ + R Sünde θ ϕ ˙ e ϕ .
v R = 2 M ( E l 2 2 M R 2 ) ,
Wo E ist Energie eines Teilchens, M es ist Masse und l = | l | . Ich möchte ausdrücken v θ Und v ϕ in Bezug auf Variablen eines rotierenden Bezugssystems.

ich habe das gefunden

X = R ( cos a cos β Sünde γ + Sünde a cos γ ) ,
j = R ( Sünde a cos β Sünde γ + cos a cos γ ) ,
z = R Sünde β Sünde γ .
Weiter ersetze ich es durch
θ = arctan X 2 + j 2 z ,
Und
ϕ = arctan j X
und nehmen Sie die Ableitung in Bezug auf T . Endlich ausdrücken Sünde θ in Bezug auf neue Variablen
Sünde 2 θ = X 2 + j 2 R 2 = cos 2 β Sünde 2 γ + cos 2 γ
Ich bekomme
v θ   =   R Sünde β cos γ cos 2 β Sünde 2 γ + cos 2 γ γ ˙
Und
v ϕ   =   ± R cos β cos 2 β Sünde 2 γ + C Ö S 2 γ γ ˙ ,
( ± ist wegen Sünde θ ).

Meine Frage ist: sollte es nicht sein

v θ 2 + v ϕ 2   =   R γ ˙ ?

Antworten (1)

Sie müssen Folgendes verwenden:

cos 2 β + Sünde 2 β cos 2 γ = cos 2 β + ( 1 cos 2 β ) ( 1 Sünde 2 γ )
= cos 2 β + 1 cos 2 β Sünde 2 γ + cos 2 β Sünde 2 γ
= cos 2 γ + cos 2 β Sünde 2 γ
Wir haben daher
v θ 2 + v ϕ 2 = R γ ˙