מכניקה אנליטית – תרגיל 5
Transcription
מכניקה אנליטית – תרגיל 5
מכניקה אנליטית )תשס"ג( בית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה תרגיל בית 11 קריאה חובה – H&Fסיום פרק .4פרק ,5סעיפים .5.1 – 5.2 רשות – Landau & Lifshitzפרק .4 תרגילים .1פיזור דרך עדשה חלקיקים בעלי מסה mמתפזרים דרך עדשה בעלת רדיוס Rומרחק פוקלי fעל פי כללי האופטיקה הגאומטרית. R f א .חשבו את חתך הפעולה הדיפרנציאלי לפיזור זה. ב .הראו ע"י אינטגרציה של הביטוי שקבלתם שחתך הפעולה הכולל שווה לשטח החתך של העדשה. )רמז :היכן מופיעה התלות ב R-באינטגרל שקבלתם?( .2פיזור מפוטנציאל ריבועי הופכי חלקיק בעל מסה ,mמהירות התחלתית , vופרמטר אימפקט , bמפוזר בזוית θמפוטנציאל מרכזי דוחה מהצורה , V (r ) = k / r 2כאשר rהוא המרחק בין החלקיק לבין מרכז הפיזור ,כמתואר בשרטוט. m, v θ א. ב. ג. ד. φ r b רשמו את הלגראנג'יאן הדו-מימדי בקואורדינטות פולריות )& . L = L(r , φ , r&, φרשמו את התנע הזויתי lוהאנרגיה הכוללת Eבאמצעות הקבועים . k , m, v, bהשתמשו בעובדה ששני גדלים אלו הם קבועים כדי לקבל משוואות דיפרנציאליות מסדר ראשון עבור ) r (tו. φ (t ) - פתרו את המשוואות ע"י אינטגרציה ובטאו את ) r (tו φ (t ) -באמצעות הקבועים . k , m, v, b השתמשו בערך של ) φ (tבגבולות ∞ t → ±כדי לקבל ביטוי עבור זוית הפיזור ) . θ = θ (k , m, v, b חשבו את חתך הפעולה הדיפרנציאלי לפיזור זה. 1 מכניקה אנליטית )תשס"ג( בית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה .3משפט נתר מערכת בעלת שתי דרגות חופש מתוארת ע"י הלגראנג'יאן ) . L = 12 m(q&12 + q& 22 ) − (αq1 + βq2 א .הראו כי Lאינוריאנטי תחת הטרנספורמציה Q ( s, t ) = q1 + sβ . 1 Q2 ( s, t ) = q2 − sα ב .מצאו את הגודל השמור הנובע מסימטריה זו של הלגראנג'יאן .מה המובן הפיסיקלי של גודל זה? ג .מצאו שתי קואורדינטות אלטרנטיביות לתאור המערכת כך שאחת מהן תהיה חסרה בלגראנג'יאן. .4וקטור Laplace-Runge-Lenz מסתבר שבבעית קפלר קיימת סימטריה נוספת שלא הבחנו בה בדיוננו בכתה .אנחנו נשתמש באחת הדרכים לתאור הסימטריה הזו כדי למצוא גודל שמור חדש ,הקרוי וקטור ,Laplace-Runge-Lenz ובאמצעותו נפתור את בעית קפלר מבלי לרשום אפילו משוואה דיפרנציאלית אחת!! נרשום את הלגראנג'יאן בכתיב וקטורי 1 2 k µr& + 2 r = ,L כאשר ) , r = ( x, y , z ) ≡ ( r1 , r2 , r3ו. r = r - א .נתונות שלוש הטרנספורמציות i = 1,2,3 ) . R ( s, t ) = r − sµ (2r& ri − rr&i − (r ⋅ r& )eˆ i הראו כי הנגזרת של Lלפי הפרמטר ,sבסביבת טרנספורמצית היחידה ,שווה לנגזרת שלמה בזמן של הפונקציה r . Gi = − µ 2 (r& 2 ri − (r ⋅ r& )r&i ) − µk i i = 1,2,3 r ב .השתמשו בהכללה של משפט נתר כדי למצוא שלושה גדלים שמורים , Aiוהראו כי אלו הם רכיבי וקטור Laplace-Runge-Lenz r . A = p × L − µk r ג .אנחנו השתמשנו בכך שהתנע הזויתי Lשמור כדי להגדיר באמצעותו את כיוון ציר zולאמר שהתנועה כולה מתרחשת במישור .x-yהראו כי Aניצב ל L -והגדירו באמצעותו את כיוון ציר .x כעת השתמשו בעובדה ש A ⋅ r = Ar cos φ -כדי למצוא את הפתרון הכללי של בעית קפלר. זהויות שימושיות: ) A × B × C = (A ⋅ C)B − (A ⋅ B )C ; A ⋅ (B × C) = C ⋅ (A × B http://minerva.tau.ac.il/physics/bsc/2/2105 2