6. TAIVAANMEKANIIKKA. Antiikki: planeetat = vaeltavia tähtiä jotka liikkuvat kiintotähtien suhteen



Samankaltaiset tiedostot
1.4. VIRIAALITEOREEMA

LUENTO 3: KERTAUS EDELLISELTÄ LUENNOLTA

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

Luento 4: kertaus edelliseltä luennolta

Keskeisvoimat. Huom. r voi olla vektori eli f eri suuri eri suuntiin!

Taivaanmekaniikkaa. Liikeyhtälöt

2.7.4 Numeerinen esimerkki

6. Taivaanmekaniikka. Vektorin r suuntainen yksikkövektori puolestaan on ˆr = r/r.

5.13 Planetaarinen liike, ympyräradat

2 Keskeisvoimakenttä. 2.1 Newtonin gravitaatiolaki

Luento 12: Keskeisvoimat ja gravitaatio. Gravitaatio Liike keskeisvoimakentässä Keplerin lait Laskettuja esimerkkejä

Luento 12: Keskeisvoimat ja gravitaatio

Luento 10: Keskeisvoimat ja gravitaatio

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

ellipsirata II LAKI eli PINTA-ALALAKI: Planeetan liikkuessa sitä Aurinkoon yhdistävä jana pyyhkii yhtä pitkissä ajoissa yhtä suuret pinta-alat.

Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

Taivaanmekaniikkaa Kahden kappaleen liikeyhtälö

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

1. Kuinka paljon Maan kiertoaika Auringon ympäri muuttuu vuodessa, jos massa kasvaa meteoroidien vaikutuksesta 10 5 kg vuorokaudessa.

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

Luento 5: Käyräviivainen liike. Käyräviivainen liike Heittoliike Ympyräliike Kulmamuuttujat θ, ω ja α Yhdistetty liike

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Gravitaatio ja heittoliike. Gravitaatiovoima Numeerisen ratkaisun perusteet Heittoliike

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

4. RAJOITETTU 3 KAPPALEEN ONGELMA

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 5: Käyräviivainen liike

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

DIFFERENTIAALIYHTÄLÖN NUMEERISESTA RATKAISEMISESTA 2 1,5 0,5 -0,5 -1,5-2

Luento 3: Käyräviivainen liike

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

infoa Viikon aiheet Potenssisarja a n = c n (x x 0 ) n < 1

Luento 3: Käyräviivainen liike

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

Luento 6: Liikemäärä ja impulssi

Luento 5: Käyräviivainen liike

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Ei-inertiaaliset koordinaatistot

Avaruuden kolme sellaista pistettä, jotka eivät sijaitse samalla suoralla, määräävät

Luvun 8 laskuesimerkit

Tehtävä 4.7 Tarkastellaan hiukkasta, joka on pakotettu liikkumaan toruksen pinnalla.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kvanttifysiikan perusteet 2017

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

nopeusvektoria säädettäessä. kuvaruudulla olevien kappaleiden

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Merkintöjä planeettojen liikkeistä jo muinaisissa nuolenpääkirjoituksissa. Geometriset mallit vielä alkeellisia.

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

Tekijä Pitkä matematiikka

Luento 8: Liikemäärä ja impulssi. Liikemäärä ja impulssi Liikemäärän säilyminen Massakeskipiste Muuttuva massa Harjoituksia ja esimerkkejä

Luento 7: Voima ja Liikemäärä. Superpositio Newtonin lait Tasapainotehtävät Kitkatehtävät Ympyräliike Liikemäärä

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Luento 10. Potentiaali jatkuu, voiman konservatiivisuus, dynamiikan ja energiaperiaatteen käyttö, reaalinen jousi

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Mekaniikkan jatkokurssi

Luento 9: Potentiaalienergia

Luvun 13 laskuesimerkit

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Tarkastellaan tilannetta, jossa kappale B on levossa ennen törmäystä: v B1x = 0:

Värähdysliikkeet. q + f (q, q, t) = 0. q + f (q, q) = F (t) missä nopeusriippuvuus kuvaa vaimenemista ja F (t) on ulkoinen pakkovoima.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Liikemäärä ja voima 1

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento Kari Sormunen

Ellipsit, hyperbelit ja paraabelit vinossa

Luvun 5 laskuesimerkit

Ratkaisuja, Tehtävät

4. Käyrän lokaaleja ominaisuuksia

Luento 2: Liikkeen kuvausta

7. AURINKOKUNTA. Miltä Aurinkokunta näyttää kaukaa ulkoapäin katsottuna? (esim. lähin tähti n AU päässä

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

Luvun 5 laskuesimerkit

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Esimerkki: Tarkastellaan korkeudella h ht () putoavaa kappaletta, jonka massa on m (ks. kuva).

Luento 10: Työ, energia ja teho

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet (mat/fys/kem suunt.), luento 1 Kari Sormunen

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

RAK Statiikka 4 op

:37:37 1/50 luentokalvot_05_combined.pdf (#38)

KERTAUSTEHTÄVIÄ KURSSIIN A-01 Mekaniikka, osa 1

Luento 11: Potentiaalienergia. Potentiaalienergia Konservatiiviset voimat Voima potentiaalienergiasta gradientti Esimerkkejä ja harjoituksia

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

Transkriptio:

6. TAIVAANMEKANIIKKA Antiikki: planeetat = vaeltavia tähtiä jotka liikkuvat kiintotähtien suhteen Näennäinen liike voi olla hyvinkin monimutkaista: esim. ulkoplaneetan suunta retrograadinen opposition lähellä, johtuen Maan suuremmasta kulmanopeudesta Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 117

Antiikki, keskiaika : Geosentrinen järjestelmä, ympyräliike planeettojen iikkeen kuvaaminen episyklien avulla (Havaintoihin nähden sangen tarkka!) Kopernikus: Geosentrinen heliosentrinen, yksinkertaisempi malli Kepler: liike pitkin ellipsirataa Galilei: Planeetat fysikaalisia objekteja, Newton: liike laskettavissa dynamiikan laeista (Halley n ennustus v. 1682 komeetta palaa 1758 Nyt: luotainlennot, numeeriset laskentamenetelmät Aurinkokunnan ulkopuoliset planeettajärjestelmät (eksoplaneetat) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 118

KEPLERIN LAIT (alkuperäisessä muodossaan) (Tycho Brahen havainnot ) KEPLER I: Planeetat liikuvat Auringon ympäri pitkin ellipsirataa, jonka toisessa polttopisteessä Aurinko sijaitsee. (Kepler, 1609) YLEISEMMIN: RATA ON KARTIOLEIKKAUS (ellipsi, ympyrä, hyperbeli) KEPLER II: Planeetan pintanopeus on vakio, eli Auringosta piirretty radiusvektori pyyhkii yhtä pitkinä aikaväleinä yhtä suuret pinta-alat. (Kepler, 1609) YLEISEMMIN: PÄTEE KAIKILLE KESKEISVOIMILLE KEPLER III: Planeettojen ratojen isoakselien a kuutiot verrannollisia kiertoaikojen P neliöön (Kepler, 1619) TARKEMMIN: riippuu planeetan massasta Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 119

KEPLERIN LAIT johdettavissa DYNAMIIKAN PERUSLAISTA JA GRAVITAATIOLAISTA NEWTONIN LAIT (1687, Principia) voimassa inertiaalisysteemissä = levossa tai tasaisessa liikkeessä oleva koordinaatisto I. Jos kappaleeseen ei vaikuta voimia sen liikemäärä m V säilyy vakiona II. Liikemäärän muutos on verrannollinen kappaleeseen vaikuttavaan voimaan F = d dt (m V ) = ṁ V + m R (= DYNAMIIKAN PERUSLAKI) III. Voiman vastavoiman periaate: jos kappale 1 vaikuttaa kappaleeseen 2 tietyllä voimalla, niin silloin kappale 2 vaikuttaa kappaleeseen 1 samansuuruisella mutta vastakkaisella voimalla F 12 = F 21 IV. Voimat summautuvat vektoriaalisesti F = P N i F i NEWTONIN GRAVITAATIOLAKI Kappaleet 1 ja 2, massat m 1 ja m 2, paikkavektorit R i ja R 2. Merkitään R 21 = R 2 R 1 ja r 21 = R 2 R 1 Kappale 2 vaikuttaa kappaleeseen 1 voimalla F 12 = G m 1m 2 r 21 2 R 21 r 21 = G m 1m 2 r 21 3 R 21, Yhdistetään N-kappaleen liikeyhtälöt (oletettu että massat vakioita) R i = G NX j i m j R i R j r ij 3 i = 1,..., N Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 120

KAHDEN KAPPALEEN SUHTEELLISEN LIIKKEEN YHTÄLÖ Aurinkokunnan planeettojen massat pieniä verrattuna Aurinkoon keskinäiset häiriöt pieniä voidaan tarkastella erikseen kutakin planeettaa Auringon suhteen R m 2 Määritellään inertiaalikoordinaatistossa: m 1 R 1 = Auringon paikkavektori R 2 = Planeetan paikkavektori R 1 R 2 R = R 2 R 1 = Planeetan paikkavektori Aurinkon suhteen r = R Mikä on planeetan m 2 liike Auringon m 1 suhteen? origo Inertiaalisysteemin liikeyhtälöt: R 1 = Gm 2 R r 3 R 2 = Gm 1 R r 3 R = G(m 1 + m 2 ) R r 3 = µ R r 3 Eli kahden kappaleen suhteellisen liikkeen yhtälö samanmuotoinen kuin yhden kappaleen liikkeen yhtälö inertiaalikoordinaatistossa. HUOM µ = G(m 1 + m 2 ) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 121

Liikeyhtälön ratkaisu planeetan rata Auringon suhteen, Keplerin lait Ongelma: R(t) ei ratkea suljetussa muodossa tarvitaan erilaisia apumuuttujia jne. (Täydellinen ratkaisu johdetaan Taivaanmekaniikan kurssissa) Käytännössä etsitään liikevakioita, eli suureita jotka pysyvät vakiona liikkeen kuluessa: Esim. Rataimpulssimomentti k = R V = vakiovektori (Lasketaan d k/dt = R R + R R = 0 + R ( µ R r 3) = 0 (vektorin ristitulo itsensä kanssa häviää) k vakio) Liike tapahtuu vakiona pysyvässä ratatasossa (ei oteta huomioon muiden planeettojen häiriöitä) R(t) ja V (t) määrittelevät hetkellisen ratatason ajanhetkellä t R ja V aina kohtisuorassa k suhteen, k vakio Kirjoittamalla R ja V napakoordinaatistossa saadaan Kepler II laki Esim. Perisentrivektori e = 1 µ ( k V + µ R/r) = vakiovektori = ratatasossa oleva vektori, osoittaa perisentrin suuntaan, itseisarvo= radan eksentrisyys Voidaan johtaa radan muoto eli Kepler I laki Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 122

PLANEETTOJEN RADAT Liikeyhtälön ratkaisuna kartioleikkausrata (johdetaan Taivaanmekaniikan kurssilla) Planeetan ratatasoon sijoitetussa napakoordinaatistossa (r etäisyys, f kulmamuuttuja) r = a(1 ǫ2 ) 1 +ǫ cos f Kulma f = 0 etäisyyden ollessa pienimmillään (perisentri) a = radan isoakselin puolikas (puolet rataellipsin maksimihalkaisijasta) ǫ=radan eksentrisyys (polttopisteen etäisyys radan keskipisteestä = ae) f ns. luonnollinen anomalia (suuntakulma perisentristä) Kiertoaika P 2 = 4π 2 a 3 G (msun+m plan ) = Kepler III Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 123

Kartioleikkaukset: eksentrisyys ǫ ǫ = 0 ympyrä ǫ < 1 ellipsi ǫ = 1 parabeli ǫ > 1 hyperbeli Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 124

Planeetan isoakseli määrää radan energian h (energia/massayksikkö) kokonaisenergia = kineettinen energia + potentiaali-energia h = 1 2 v2 µ/r v 2 = V V nopeuden neliö, r = R radiusvektorin pituus µ = G(m sun + M planeetta ) h < 0 ǫ < 1 ellipsi, negativinen energia a = µ 2h h = 0 ǫ = 1 parabeli, nolla energia h > 0 ǫ > 1 hyperbeli, positiivinen energia a = µ 2h Impulssimomenttin itseisarvo (/massayksikkö) k määräytyy sekä isoakselin että eksentrisyyden perusteella q k = µa (1 ǫ 2 ) Ratanopeuden itseisarvolle saadaan yhtälö energian lausekkeesta Ellipsi: h = µ 2a v 2 = µ( 2 r 1 a ) Hyperbeli: h = µ 2a v 2 = µ( 2 r + 1 a ) Parabeli: h = 0 v 2 = 2µ r Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 125

KIII P 2 = 4π 2 a 3 G (msun+m plan ) (Sovelletaan maan rataan a = 1AU, P = 1v) Valitaan G = 4π, käytetään yksikköinä AU, vuosi ja Auringon massaa a 3 = (msun + m plan )P 2 nopeuden yksikkö AU/vuosi jne. Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 126

Entä kaksi kilometrin kokoista kivijärkälettä (ρ = 3gr/cm 3 ) 10 kilometrin etäisyydellä? Nyt Massojen summa 2.5e13 kg Kiertoajaksi tulee 1.8 vuorokautta Yleisemmin: 2 identtistä kappaletta, radan ja kappaleen säteen suhde (a/r) P 2 = 4π2 a 3 G (2m) sijoitetaan P = ja m = (4π/3)ρR 3 q 3π 2Gρ ` a 3/2 R 0.1 r1000 kg/m 3 ρ ` a R 3/2 vuorokautta Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 127

Pakonopeudet Kappaleella riittävän suuri nopeus voi karata äärettömän kauas keskukappaleesta Ehto:kokonaisenergia h > 0 h = 1/2v 2 µ/r > 0 v > v e = q 2G(m1 +m 2 ) r äärettömän kaukana v = 0, 1/r = 0 vastaa h = 0 Suhteessa ympyräratanopeuteen v c etäisyydellä r P = 2πr vc Keplerin III laki P 2 = 2 2πr vc = 4π 2 r 3 G(m 1 +m 2 ) v c = q G(m1 +m 2 ) r Eli v e = 2v c Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 128

Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 129

PLANEETTOJEN RATAELEMENTIT Suhteellisen liikkeen liikeyhtälö on II kertaluvun differentiaaliyhtälö 3 paikkavektorin komponentille R = µ R r 3 R = [x, y, z] ratkaisu sisältää 6 integroimisvakiota (eli tiettyä rataa määrittävää parametria) Edellä ollut radan yhtälö (ratatasossa) sisälsi vakiot -isoakseli a (radan laajuus) - eksentrisyys ǫ (radan muoto) - perisentriaika τ (ajanhetki, jolloin f = 0) Loput 3 ratkaisun sisältämistä vakioista liittyvät ratatason 3-ulotteiseen orientaatioon jossakin annetussa vertailukoordinaatistossa (yleensä Ekliptika, eli Maan ratataso) -inklinaatio i (ratatason kaltevuus) - nousevan solmun pituus Ω (nousevan solmun kulmaetäisyys kevättasauspisteestä) -perihelin argumentti ω (perihelin kulmaetäisyys nousevasta solmusta) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 130

Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 131

HUOM: Edellä olleet kuusi vakiota ovat ns. geometriset ratelementit Mitkä hyvänsä kuusi riippumatonta parametria kelpaavat (mutta eivät ole välttämättä hyödylllisiä!) Esim. a) Paikka ja nopeusvektori tietyllä hetkellä R 0 ja R 0 V 0 Varmasti riippumattomia Rata voidaan integroida numeerisesti (yksikäsitteinen ratkaisu annetuista alkuarvoista) b) ns. ratavektorit k, e ja perisentriaika k = impulssimomenttivektori (edellä) e = perisentrivektori (osoittaa perisentriä kohti, e = ǫ Huom: e k = 0 kohtisuorassa sis. yhdessä vain 5 riippumatonta vakiota c) geometriset ratelementit a, ǫ, i, Ω, ω, τ Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 132

Kaavat planeetan paikan laskemiseen ajanhetkellä t a, ǫ, τ, i, Ω, ω R, V 1) Lasketaan kiertoaika ja keskianomalia M q P = 2π a 3 /µ M = 2π (t τ) P 2) Lasketaan eksentrinen anomalia E Keplerin yhtälöstä M = E ǫ sin(e) 3) Lasketaan ratatasokoordinaatit x, ỹ and ṽx, ṽy: x = a(cos E ǫ) ỹ = b sin E q ṽx = a sin E µ/a 3 (1 ǫ cos E) 1 q ṽy = b cos E µ/a 3 (1 ǫ cos E) 1 4) Kierretään ratatasossa lasketut koordinaatit Ekliptikasysteemiin ««R = x A a + ỹ B b ««V = A ṽx a + B ṽy b jossa A a ja B b ovat iso- ja pikkuakselin suuntaiset yksikkövektroit A a = B b = 0 1 cos ω cos Ω sin ω sin Ω cos i @ cos ω sin Ω + sin ω cos Ω cos ia sin ω sin i 0 1 sin ω cos Ω cos ω sin Ω cos i @ sin ω sin Ω + cos ω cos Ω cos ia cos ω sin i (1) (2) Käsitelllään tarkemmin Taivaanmekaniikan kurssissa (myös hyperbelirata) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 133

Monenkappaleen systeemit Edellä N gravitoivan kappaleen liikeyhtälö: m i R i = G P N R j=1 m i m i R j j r 3 j i ij i = 1,..., N sisältää N kappaletta II kertaluvun differentiaaliyhtälöä 3 radiusvektorin komponentille ratkaisu sisältää 6N liikevakiota Tapaus N=2 ratkeaa täydellisesti: 12 liikevakiota Painopisteen liike (liikkuu vakionopudella) sisältää 6 vakiota Suhteellisen liikkeen ratkaisu: 6 rataelementtia (esim. k, e,τ) Yleinen tapaus: Painopisteen liike (liikkuu vakionopudella) sisältää 6 vakiota Impulssimomentti 3 Konaisenergia 1 Jää puuttumaan 6N-10 tuntematonta liikevakiota Osoitettavissa ettei ole olemassa muita paikan & nopeuden algebrallisia funktioita jotka olisivat liikevakioita N = 3 8 puuttuu N = 4 14 puuttuu... (Sundman 1912: yleinen kolmen kappaleen ratkaisu (ei käytännössä hyödyllinen)) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 134

Esimerkki: N=2 ja N=3 (numeerisesti integroituja ratoja Häiriöteoria: - esim. planeettojen keskinäiset vaikutukset vähäisiä voidaan käsitellä pienenä häiriönä kahden kappaleen liikkeeseen (menettelyä ei voi soveltaa eo. kuvan tapaukseen!) - vastaavasti muut häiriöt: esim. ilmanvastuksen vaikutus satelliitin rataan Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 135

Rajoitettu kolmen kappaleen probleema: Kaksi kappaletta liikkuu toistensa suhteen ympyräradalla: tutkitaan kolmannen kappaleen ( = massaton testikappale) liikettä näiden kahden kappaleen gravitaation alaisena Tarkastelu tehdään kahden kappaleen mukana pyörivässä koordinaatistossa tasapainopisteet: Lagrangen pisteet (kappale sijaitsee L:n pisteessä ja nopeus = 0 pyörivässä systeemissä tällöin kiihtyvyys pyörivässä systeemissä häviää) - Jupiter-Aurinko systeemi: Troijalaiset asteroidit L 4 ja L 5 pisteiden ympärillä ±60 Jupiteriin nähden - Saturnuksen co-orbitaali pari Janus-Epimetheus jakavat saman keskietäisyyden ( hevosenkenkä -rata) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 136

Periaatteessa mahdollista laajentaa 1+N tapaukseen: Massivinen keskuskappale + pienet satelliitit joilla sama keskietäisyys (Salo & Yoder 1988, AA 205, 309) Stabiilit ei-symmetriset ratkaisut N = 2 8 Stabiilit symmetriset ratkaisut N 7 + Epästabiileja tasapaino-ratkaisuja Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 137

VIRIAALITEOREEMA Vaikka N-kappaleen ongelman yleistä ratkaisua ei tunneta, on olemassa eräitä tärkeitä yleisiä tuloksia Jos systeemi on stabiili, eli paikat ja nopeudet eivät kasva rajatta kineettisen ja potentiaalienergian aikakeskiarvot toteuttavat ehdon: < T >= 1 2 < U >, HUOM: AIKAKESKIARVOT! jossa T = 1 2 P mi V 2 i ja U = 1 2 G P N j=1 P Nk=1 k j m j m k r jk viriaali =< T > nimitys Koska aina T + U = E (vakio kokonaisenergia) < T >= E < U >= 2E Sovellettu esim tähtijoukkojen ja galaksijoukkojen stabiilisuuden & massojen arvioimiseen (kineettinen energia m, potentiaalienergia m 2 ) Tähtitieteen perusteet, Luento 8, 25.03.2013 138