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[quote="Bruce"]Kennst Du die Polarkoordinatendarstellung für Kegelschnitte? [latex] r(\phi)=\frac{p}{1+\epsilon\cos(\phi)} [/latex] Die Zentralmasse M liegt in einem der Brennpunkte und für den hier auftretenden Kegelschnitt Hyperbel gilt [latex] \epsilon>1 [/latex] In Vektoren sieht das so aus: [latex] \vec{r}=r(\phi) \vec{e}_r [/latex] mit dem radialen Einheitsvektor [latex] \vec{e}_r=\begin{pmatrix} \cos(\phi) \\ \sin(\phi) \end{pmatrix} [/latex]. Daraus ergibt sich der Geschwindigkeitsvektor wie üblich durch Differentiation nach t [latex] \dot{\vec{r}}=\dot{\phi}\frac{dr}{d\phi}\vec{e}_r+\dot{\phi}r\vec{e}_{\phi} [/latex] mit dem azimuthalen Einheitsvektor [latex] \vec{e}_{\phi}=\begin{pmatrix} -\sin(\phi) \\ \cos(\phi) \end{pmatrix} [/latex]. Für t gegen unendlich kann hier die Azimuthalkomponente [latex]\vec{e}_{\phi}[/latex] vernachlässigt werden, was Du dir physikalisch und geometrisch selbst überlegen kannst. Im Grenzwert tauchen dann der Drehimpuls L und die Bahnparameter [latex]\epsilon[/latex] und p auf! Den gesuchten Streuwinkel [latex]\phi_{\infty}[/latex] erhältst Du für [latex]-1=\epsilon \cos\phi_{\infty}[/latex], wenn der Nenner in der oben angegebenen Polarkoordinatendarstellung verschwindet, d.h. für die Richtung der Asymptote des hier relevanten Zweiges der Hyperbelbahn. [latex]R_0=r(\phi=0)=\frac{p}{1+\epsilon}=p\frac{1}{1-\frac{\displaystyle 1}{\displaystyle\cos\phi_{\infty}}}=p\frac{\cos\phi_{\infty}}{\cos\phi_{\infty}-1}[/latex] ergibt sich aus der Anfangsbedingung und es gilt [latex]v_{\infty}=\lim_{t\to\infty}{|\dot{\vec{r}}|}=\lim_{t\to\infty}|\dot{\phi}\frac{dr}{d\phi}|=\lim_{t\to\infty}|\dot \phi\,\frac{r^2}{p}\epsilon\sin\phi|=\frac{L\epsilon}{mp}\sin\phi_{\infty}=-\frac{L}{mp}\tan\phi_{\infty},[/latex] so daß sich die Bahnparameter letztlich aus den Parametern des Gravitationspotentials und der Anfangsgeschwindigkeit berechnen lassen. Außerdem gilt wegen der Drehimpulserhaltung: [latex] L=m v_0 R_0 = m v_0 \frac{p}{1+\epsilon}=m v_0 p\frac{\cos\phi_{\infty}}{\cos\phi_{\infty}-1} [/latex] Nachdem ich das verwurstet habe, bekomme ich [latex] \frac{v_{\infty}}{v_0}=\frac{\sin\phi_{\infty}}{1-\cos\phi_{\infty}}=\cot\frac{\phi_{\infty}}{2} [/latex] heraus. Kann das jemand nachvollziehen? Sieht zumindest gut aus :D Gruß von Bruce Edit 1: Hier hatte das Fehlerteufelchen :teufel: die Finger im Spiel. Edit 2: Außerdem habe ich noch einige wenige Zwischenschritte angegeben, denn nach einigen Wochen mußte ich selbst erst mal wieder überlegen, wie die Umformungen zustande gekommen sind und das ist immer sehr heilsam.[/quote]
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Autor
Nachricht
Bruce
Verfasst am: 20. Jul 2013 14:29
Titel:
Kennst Du die Polarkoordinatendarstellung für Kegelschnitte?
Die Zentralmasse M liegt in einem der Brennpunkte und für den hier auftretenden Kegelschnitt Hyperbel gilt
In Vektoren sieht das so aus:
mit dem radialen Einheitsvektor
.
Daraus ergibt sich der Geschwindigkeitsvektor wie üblich durch Differentiation nach t
mit dem azimuthalen Einheitsvektor
.
Für t gegen unendlich kann hier die Azimuthalkomponente
vernachlässigt werden, was Du dir physikalisch und geometrisch selbst überlegen kannst. Im Grenzwert tauchen dann der Drehimpuls L und die Bahnparameter
und p auf!
Den gesuchten Streuwinkel
erhältst Du für
, wenn der Nenner in der oben angegebenen Polarkoordinatendarstellung verschwindet, d.h. für die Richtung der Asymptote des hier relevanten Zweiges der Hyperbelbahn.
ergibt sich aus der Anfangsbedingung und es gilt
so daß sich die Bahnparameter letztlich aus den Parametern des Gravitationspotentials und der Anfangsgeschwindigkeit berechnen lassen.
Außerdem gilt wegen der Drehimpulserhaltung:
Nachdem ich das verwurstet habe, bekomme ich
heraus. Kann das jemand nachvollziehen? Sieht zumindest gut aus
Gruß von Bruce
Edit 1: Hier hatte das Fehlerteufelchen
die Finger im Spiel.
Edit 2: Außerdem habe ich noch einige wenige Zwischenschritte angegeben,
denn nach einigen Wochen mußte ich selbst erst mal wieder überlegen,
wie die Umformungen zustande gekommen sind und das ist immer
sehr heilsam.
leo258
Verfasst am: 19. Jul 2013 17:57
Titel: Kepler-Problem:streuwinkel
für die klausurvorbereitung habe versucht folgende aufgabe zulösen komme aber nicht weiter
[img]s1.directupload.net/file/d/3321/daqm8c5v_png.htm[/img]
ideen:
E=1/2mv^2-a/R=1/2mv_unendlich
wenn ich das skalarpk. benutze
also v*v_unendlich=IvI*Iv_unendlichI*cosx
mein gesuchter winkel ist phi=x+90