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Bahn im Schwerefeld auf beliebiger Oberfläche
 
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JStein52



Anmeldungsdatum: 23.08.2017
Beiträge: 1

Beitrag JStein52 Verfasst am: 23. Aug 2017 17:10    Titel: Bahn im Schwerefeld auf beliebiger Oberfläche Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Wie stellt man es an, die Bahn eines Teilchens (Kugel) auf einer beliebig geformten, bekannten dreidimensionalen Oberfläche im Schwerefeld der Erde zu berechnen. Also man lässt die Kugel an einer bestimmten Stelle los und möchte gerne z.B. Beispiel als Computeranimation ihre Bahn verfolgen


Meine Ideen:
ich habe dazu absolut keine Idee da man solche Problem nicht in gängigen Lehrbüchern findet
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7257

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 23. Aug 2017 17:34    Titel: Antworten mit Zitat

Willkommen im Physikerboard!

Jeder Punkt Deiner Oberfläche hat einen sogenannten Gradienten, der die Richtung der maximalen Steigung angibt. Die Kugel wird dann, wenn sie an diesem Punkt ist, so als ob sie auf einer entsprechenden schiefen Ebene wäre, in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Somit wird sie in der nächsten Zeitscheibe auf einem neuen Punkt der Oberfläche sein, mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einer neu zu bestimmenden Beschleunigung.

Viele Grüße
Steffen
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5063

Beitrag DrStupid Verfasst am: 23. Aug 2017 20:39    Titel: Re: Bahn im Schwerefeld auf beliebiger Oberfläche Antworten mit Zitat

JStein52 hat Folgendes geschrieben:
Wie stellt man es an, die Bahn eines Teilchens (Kugel) auf einer beliebig geformten, bekannten dreidimensionalen Oberfläche im Schwerefeld der Erde zu berechnen.


Das ist eine typische Anwendung für den Lagrange-Formalismus. In Lehrbüchern findet man dazu häufig den einfachen Fall, dass sich eine Perle auf einem Draht bewegt. Das geht aber genauso gut auch mit einem Teilchen auf einer Fläche. Bei einer rollenden Kugel kommen mit den verschiedenen Orientierungen zwar weitere Dimensionen dazu, aber solange sie ohne Schlupf rollt und nie abhebt, sollte das auch mit Lagrange gehen. Andernfalls müsste man es wohl mit Newton lösen und das kann richtig kompliziert werden.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8584

Beitrag jh8979 Verfasst am: 23. Aug 2017 21:43    Titel: Re: Bahn im Schwerefeld auf beliebiger Oberfläche Antworten mit Zitat

JStein52 hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
Wie stellt man es an, die Bahn eines Teilchens (Kugel) auf einer beliebig geformten, bekannten dreidimensionalen Oberfläche im Schwerefeld der Erde zu berechnen.

Ergänzung: Das sollte wohl zweidimensional heissen, ...
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18194

Beitrag TomS Verfasst am: 24. Aug 2017 12:15    Titel: Antworten mit Zitat

Zum Lagrangeformalismus mit Nebenbedingungen:

Man setzt zunächst die Lagrangefunktion als



an. r bezeichnet den Orstvektor, V(r) ein beliebiges Potential.

Anschließend formuliert man eine sogenannte Zwangsbedingung an den Ort r,



so dass dieser auf eine bestimmte Fläche eingeschränkt wird (möchte man ihn auf eine Kurve einschränken, so benötigt man zwei Zwangsbedingung.

Im Falle einer Kugelfläche mit Radius R wäre dies



Anschließend führt man die erweiterte Lagrangefunktion



mit dem Lagrangemultiplikator lambda ein und löst die vier Euler-Lagrange-Gleichungen für r und lambda.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
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