ericclapton の回答履歴
- 円軌道上のエネルギー保存則の導出方法における疑問点
長さLの軽い糸の一端を定点Oに固定し、他端に質量m の小さな錘を結びつける。mが最下点にある状態で水平に初速v(0)を与える。鉛直線と糸の角度をθ、糸の張力をT,重力加速度の大きさをgとすれば、錘mの運動方程式は、(初期条件θ=0でv=v(o)) 向心成分: mv^2/L=T-mgcosθ …(1) 接線成分: mdv/dt=-mgsinθ …(2) ここから、エネルギーの保存則 1/2mv(0)^2=1/2mv^2+mgL(1-cosθ)…(3) を導出するとき、「運動方程式の向心成分(1)は進行方 に垂直な力だから、仕事をせずエネルギー保存則に無関係だから、接線成分(2)の両辺にv=L(dθ/dt)をかけて」 1/2mv^2=mgLcosθ+C (Cは積分定数) が得られて、初期条件よりエネルギー保存(3) が導かれる。(ここまではわかります) ここからが、疑問です。 地球(質量M)の回りを人工衛星(質量m)が円軌道を描くときのエネルギー保存則は、(Gは万有引力定数) m/2v^2-GMm/r=E(一定)…(6) です。 運動方程式は、 向心成分: mv^2/L=-GMm/r^2 …(4) 接線成分: mdv/dt=0 …(5) 「運動方程式の向心成分(4)は進行方向 に垂直な力だから、仕事をせずエネルギー保存則に無関係だから、接線成分(5)の両辺にv=L(dθ/dt)をかけて」導けるはずなのに((3)の導出と同じ考え方だから) しかし、この場合、(5)の右辺が0なので どうしても、直接(6)を導けません。 ご指導を宜しくお願いします。