In diesem Kapitel werden wir mit Anwendungen der Newton’schen Mechanik für Zentralkräfte fortfahren, bei denen das Potential U nur vom Betrag des relativen Abstands zwischen zwei Massenpunkten abhängt. In diesem Fall gelten die Erhaltung von Impuls, Drehimpuls und Energie, was die Anzahl der unabhängigen Freiheitsgrade erheblich reduziert. Ein wichtiger Fall sind \(1/r^2\) -Kräfte, die für Coulomb- und Gravitationswechselwirkungen gelten; wir werden die Bahnen entsprechend ihrer Energie klassifizieren und die Kepler’schen Gesetze für die Bewegung von Planeten ableiten. Darüber hinaus wird das Gravitationsgesetz hergeleitet und Gravitationsfelder für statische Massenverteilungen eingeführt. Zusätzlich wird die Dynamik eines linearen Oszillators – ein weiteres wichtiges physikalisches System – diskutiert, und die Lösungen werden aus den Bewegungsgleichungen auch im Fall zusätzlicher Reibungskräfte berechnet. Der Fall eines gedämpften Oszillators, der von einer äußeren periodischen Kraft angetrieben wird, führt zur Ausbildung von Resonanzen, die im Detail analysiert werden. Außerdem wird das Problem gekoppelter harmonischer Schwingungen behandelt, das charakteristisch für die Schwingungsmoden in Kristallen ist.

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Anwendungen der Newton-Mechanik

  • Wolfgang Cassing

摘要

In diesem Kapitel werden wir mit Anwendungen der Newton’schen Mechanik für Zentralkräfte fortfahren, bei denen das Potential U nur vom Betrag des relativen Abstands zwischen zwei Massenpunkten abhängt. In diesem Fall gelten die Erhaltung von Impuls, Drehimpuls und Energie, was die Anzahl der unabhängigen Freiheitsgrade erheblich reduziert. Ein wichtiger Fall sind \(1/r^2\) -Kräfte, die für Coulomb- und Gravitationswechselwirkungen gelten; wir werden die Bahnen entsprechend ihrer Energie klassifizieren und die Kepler’schen Gesetze für die Bewegung von Planeten ableiten. Darüber hinaus wird das Gravitationsgesetz hergeleitet und Gravitationsfelder für statische Massenverteilungen eingeführt. Zusätzlich wird die Dynamik eines linearen Oszillators – ein weiteres wichtiges physikalisches System – diskutiert, und die Lösungen werden aus den Bewegungsgleichungen auch im Fall zusätzlicher Reibungskräfte berechnet. Der Fall eines gedämpften Oszillators, der von einer äußeren periodischen Kraft angetrieben wird, führt zur Ausbildung von Resonanzen, die im Detail analysiert werden. Außerdem wird das Problem gekoppelter harmonischer Schwingungen behandelt, das charakteristisch für die Schwingungsmoden in Kristallen ist.