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F 415 – Turma A 1 Prof. Alexandre Fontes da Fonseca afonseca@ifi.unicamp.br Forças Centrais

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F415–TurmaA

1

Prof.AlexandreFontesdaFonseca

[email protected]

ForçasCentrais

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Sistemaisolado:2corposm1em2

2

1)ParDculas–consideradaspuntuais

2)Sóforças,F12eF21,conservaHvasecentrais

3)AsforçaspodemserobHdasdeumpotencialU(r1,r2) 4)De2):U(r1,r2)=U(|r1–r2|)=U(r)

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Sistemaisolado:2corposm1em2

3

Qualoproblema? Resolveradinâmicadedoiscorpos:acharomovimento.

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Sistemaisolado:2corposm1em2

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r=|r|=|r1–r2|

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Sistemaisolado:2corposm1em2

5

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Escolhemos:sistemaderef.doCM

6 EquaçãodeEuler-Lagrange:

Onde:

Problemadeumcorpo!

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MomentoAngular:conservação

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Sistemaisolado Simetriaesférica

Omomentoangulartotaléconservado!

Noref.deCM:

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OMovimentoé,então,em2D

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Duasequaçõesdemovimento(variáveisreθ)

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Primeiraintegraldemovimento

AoutraequaçãodeEuler-Lagrange:

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2ªleideKepler:velocidadearealéCTE

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Vetorr(t)varreaáreadotriangulo:

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Conservaçãodeenergia:2ªctedemov.

11

ComonãoháforçasdissipaHvas

Mas

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Daconservaçãodeenergia:eqs.demov.

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Mas,eθ(t)?

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Daconservaçãodeenergia:eqs.demov.

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Naverdade,θ(t)nãoéinteressante,massimθ(r)...

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Mesmacoisa,masdaeq.deEuler-Lagrange

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ou

Deverdecasa:estudaradeduçãodaseguinteequação:

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Órbitasemumcampocentral

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Asraízesdoradicalindicamospontos,r,taisque:ou

Emgeral,háduas raízes:rMINerMAX. Istoé,omovimentoéconfinadonaregião:

QuandoE,U(r)el,sãotaisquesóháumaraiz, ,levaaumasoluçãodoHpor=CTE,quesignificaórbitacircular.

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Órbitasemumcampocentral:mov.periódico

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Considereocaso:

Aórbitapodeserperiódicaouaberta. SeráperiódicoseapósumnúmerofinitodeexcursõesentrerMINerMAX,omovimentoserepeHrexatamente.

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EnergiacentrífugaepotencialefeHvo

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Nasexpressõesanterioresparadr/dteΔθ,oseguintetermoaparecia:

Onde a força FC é chamada (inapropriadamente) de “forçacentrífuga”eUCde“energiapotencialcentrífuga”.

Se interpretarmos o termo “a mais” dentro da raiz comouma“energiapotencial”:

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EnergiacentrífugaepotencialefeHvo

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Doestudodomov.em1D:

Comparando as expressões acima, vemos que podemosdefinirumaenergiapotencialefeBvaV(r):

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EnergiacentrífugaepotencialefeHvo

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Paraocasodaforçacentraldaleidoinversodoquadradodadistância:

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EnergiacentrífugaepotencialefeHvo

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EnergiacentrífugaepotencialefeHvo

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Quando a força central é do Hpo da lei do inverso doquadradodadistância:

Aintegralpodeserfeitaescolhendotransformaçãodevariá-veisderparau=l/r.(exercício2dalista,temqueprovarqueaCTE=-π/2).Impõeacondiçãoqueθ=0quandor=rMIN.O“soluHons”nãofazessaúlHmaparte...

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Quando a força central é do Hpo da lei do inverso doquadradodadistância:

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Definindoasconstantesαeεacima,aequaçãor(θ)ouθ(r)fica:

Essaéumaequaçãodeumaseçãocônicacomumdosfocosnaorigem.

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Uma seção cônica é o lugargeométrico dos pontos P cujadistância a um ponto fixo F(chamado fóco da cônica) éuma constante (chamadaexcentricidadeε=r/r’)vezesadistânciadePaumalinhafixa(chamada diretriz da cônica).Se 0 < ε < 1, obtemos umaelípse,seε=1aparábola,eseε>1,ahipérbole.

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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os casos em que 0 < ε < 1correspondem aos movimentosplanetários(órbitaselípHcas):

PeP’sãoosfocosdaelipse

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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Distâncias apsidais (rMIN e rMAXmedidasaparHrdosfocos):

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Movimentoplanetário–problemadeKepler

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PeríododomovimentoelípHco:

Deverdecasa

A3aLeideKepleré100%correta?

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Dinâmicaorbital

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Dinâmicaorbital

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Eq.8.42

Porquê-?

Energia de órbita em tornodoSolcomraio=raioTERRA

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Dinâmicaorbital

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v1: velocidade de ór-bitaigualadaTerra

vt1: velocidadedeór-bita elítpHca que in-terceptaMarte

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Dinâmicaorbital

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Ida

Volta onde: