Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Виды энергии и центробежные силы при движении по орбите

АННОТАЦИЯ. Рассматриваются виды энергии и центробежные силы, действующие на тело при движении по орбите. Показано, как потенциальная и кинетическая энергии переходят друг в друга при движении по криволинейной траектории.

1. Виды энергии при движении по орбите.

При равномерном движении по орбите тело обладает потенциальной энергией вращения, приобретенной им при ускорении от неподвижного состояния до состояния равномерного движения. Потенциальную энергию вращения тела можно определить либо в зависимости от жесткости упругой связи с центром вращения, либо по силе тяготения в гравитационном поле, либо по кулоновской силе в электромагнитном поле.

Кинетическая энергия тела, движущегося по орбите, определяется по его касательной скорости vτ , она равна mvτ2/2 . Кинетическая энергия тела выделяется при столкновении с преградой, в этом случае она переходит в энергию диссипации.

Если движущееся тело удерживается на орбите упругой связью и в какой-то момент эта связь исчезает, то центробежная сила инерции заставляет тело двигаться в радиальном направлении. И тогда потенциальная энергия вращения переходит в кинетическую энергию радиального движения тела. Причем тело можно считать движущимся прямолинейно только в полярной системе координат, а в ортогональной системе координат тело движется по спирали.

2. Центробежные силы, действующая на тело при движении по орбите.

Будем различать силы, перпендикулярные к траектории движения тела и касательные к ней. Все прочие силы, действующие на тело при его движении по орбите, можно разложить по этим двум направлениям. Соответственно, силы, направленные касательно к траектории движения, можно называть касательными силами. А силы, направленные к центру кривизны траектории или от центра кривизны, можно называть центральными силами. К центральным силам относятся силы физического поля (силы тяготения или кулоновские силы), силы упругой связи, центробежные силы инерции, радиальные составляющие обобщенных сил Кориолиса и Лоренца.

При равномерном движении тела по круговой орбите существует баланс центральных сил, при котором их геометрическая сумма равна нулю. Для того, чтобы тело не двигалось в радиальном направлении, центробежная сила инерции должна быть равна и противоположна по знаку сумме прочих центральных сил, действующих на тело. Нарушение баланса центральных сил может быть вызвано любыми сторонними силами (в частности, силами внешнего трения об окружающую среду).

Для отдельных частей вращающегося тела или системы тел центральными силами являются силы упругой связи. Появление сторонних касательных сил обусловливает в этом случае возможность возникновения во вращающейся системе деформаций изгиба. Если же сторонние касательные силы распределены по всему сечению вращающегося тела, то они обусловливают возможность возникновения деформаций кручения.

3. Энергия при движении тела по некруговой орбите.

При движении тела по эллиптической или, в общем случае, некруговой орбите переменны и радиус кривизны R, и касательная скорость vτ . Значит, возникают и касательное, и нормальное ускорения тела. Однако с учетом закона сохранения момента импульса (при отсутствии диссипации) изменения касательной скорости и радиуса кривизны обратно пропорциональны. Таким образом, полная энергия движущегося по орбите тела сохраняется, а потенциальная и кинетическая энергии попеременно переходят друг в друга. Консервативное движение тела по эллиптической орбите не выходит за рамки равновесного состояния движущегося тела с точки зрения полной энергии движущегося тела.

Рассмотрим, например, вариант с приближением тела к центру кривизны орбиты. Если центральная сила является силой тяготения, то уменьшение радиуса, увеличивающее силу тяготения, происходит одновременно с возрастанием касательной скорости движения по орбите, увеличивающей центробежную силу инерции.

При возникновении диссипации наступает переходный процесс, при котором наблюдается переход кинетической энергии движения тела по орбите в равное количество потенциальной энергии вращения и наоборот, что занимает какое-то время. Это может привести, в частности, к возникновению колебаний модуля касательной скорости. В любом случае наличие диссипации приводит к изменению баланса центральных сил и к неравномерности движения.

© И. Коган Дата первой публикации 30.03.2008
Дата последнего обновления 19.09.2010


Оглавление раздела Предыдущая Следующая