विशिष्ट कोणीय संवेग: Difference between revisions

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* एक वस्तु का द्रव्यमान दूसरी वस्तु के द्रव्यमान से बहुत अधिक होता है। (<math> m_1 \gg m_2 </math>)
* एक वस्तु का द्रव्यमान दूसरी वस्तु के द्रव्यमान से बहुत अधिक होता है। (<math> m_1 \gg m_2 </math>)
* समन्वय प्रणाली जड़त्वीय संदर्भ प्रणाली है।
* समन्वय प्रणाली जड़त्वीय संदर्भ प्रणाली है।
* प्रत्येक वस्तु को एक गोलाकार सममित [[बिंदु कण]] के रूप में माना जा सकता है।
* प्रत्येक वस्तु को गोलाकार सममित [[बिंदु कण]] के रूप में माना जा सकता है।
* दो पिंडों को जोड़ने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा कोई अन्य बल प्रणाली पर कार्य नहीं करता है।
* दो पिंडों को जोड़ने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा कोई अन्य बल प्रणाली पर कार्य नहीं करता है।


=== प्रमाण ===
=== प्रमाण ===


प्रमाण दो-पिंड की समस्या से शुरू होता है, जो न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम से लिया गया है:
प्रमाण दो-पिंड की समस्या से प्रारंभ होता है, जो न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम से लिया गया है:


<math display="block"> \ddot{\mathbf{r}} + \frac{G m_1}{r^2}\frac{\mathbf{r}}{r} = 0</math>
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जहाँ:
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* <math>\mathbf{r}</math> से स्थिति सदिश है <math>m_1</math> को <math>m_2</math> अदिश परिमाण के साथ <math>r</math>.
* <math>\mathbf{r}</math> अदिश परिमाण <math>r</math> के साथ  <math>m_1</math>से <math>m_2</math>तक स्थिति सदिश है।
* <math>\ddot{\mathbf{r}}</math> का दूसरी बार व्युत्पन्न है <math>\mathbf{r}</math>. ([[त्वरण]])
* <math>\ddot{\mathbf{r}}</math>, <math>\mathbf{r}</math> का दूसरी बार व्युत्पन्न है। ([[त्वरण]])
* <math>G</math> [[गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक]] है.
* <math>G</math> [[गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक]] है।


गति के समीकरण के साथ स्थिति सदिश का सदिश गुणनफल है:
गति के समीकरण के साथ स्थिति सदिश का सदिश गुणनफल है:
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इन दोनों समीकरणों को मिलाने पर प्राप्त होता है:
इन दोनों समीकरणों को मिलाने पर प्राप्त होता है:
<math display="block">\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left(\mathbf{r}\times\dot{\mathbf{r}}\right) = 0</math>
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चूँकि समय व्युत्पन्न शून्य के बराबर है, मात्रा <math>\mathbf{r} \times \dot{\mathbf{r}}</math> स्थिर है. वेग सदिश का उपयोग करना <math>\mathbf{v}</math> स्थिति परिवर्तन की दर के स्थान पर, तथा <math>\mathbf{h}</math> विशिष्ट कोणीय गति के लिए:
चूँकि समय व्युत्पन्न शून्य के बराबर है, मात्रा <math>\mathbf{r} \times \dot{\mathbf{r}}</math> स्थिर है, स्थिति परिवर्तन की दर के स्थान पर वेग सदिश <math>\mathbf{v}</math> तथा विशिष्ट कोणीय गति के लिए <math>\mathbf{h}</math> का उपयोग करना:
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यह संवेग के सामान्य निर्माण से भिन्न है, <math>\mathbf{r} \times \mathbf{p}</math>, क्योंकि इसमें विचाराधीन वस्तु का द्रव्यमान शामिल नहीं है।
यह संवेग के सामान्य निर्माण से भिन्न है, <math>\mathbf{r} \times \mathbf{p}</math>, क्योंकि इसमें विचाराधीन वस्तु का द्रव्यमान शामिल नहीं है।


== ग्रहों की गति के केपलर के नियम ==
== ग्रहीय गति के केपलर के नियम ==
{{Main|Kepler's laws of planetary motion}}
{{Main|ग्रहीय गति के केपलर के नियम}}
केप्लर के ग्रहों की गति के नियमों को उपरोक्त संबंधों से लगभग सीधे तौर पर सिद्ध किया जा सकता है।
 
केप्लर के ग्रहीय गति के नियमों को उपरोक्त संबंधों से लगभग सीधे तौर पर सिद्ध किया जा सकता है।


=== पहला नियम ===
=== पहला नियम ===
प्रमाण दो-पिंड समस्या के समीकरण के साथ फिर से शुरू होता है। इस बार कोई इसे (सदिश गुणनफल) विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति से गुणा करता है
प्रमाण दो-पिंड समस्या के समीकरण के साथ फिर से प्रारंभ होता है। इस बार इसे (सदिश गुणनफल) विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति से गुणा करता है
<math display="block"> \ddot{\mathbf{r}} \times \mathbf{h} = - \frac{\mu}{r^2}\frac{\mathbf{r}}{r} \times \mathbf{h} </math>
<math display="block"> \ddot{\mathbf{r}} \times \mathbf{h} = - \frac{\mu}{r^2}\frac{\mathbf{r}}{r} \times \mathbf{h} </math>
बायां हाथ व्युत्पन्न के बराबर है <math display="inline"> \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left(\dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h}\right)</math> क्योंकि कोणीय संवेग स्थिर है।
बायां पक्ष व्युत्पन्न <math display="inline"> \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left(\dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h}\right)</math> के बराबर है क्योंकि कोणीय संवेग स्थिर है।


कुछ चरणों के बाद (जिसमें ट्रिपल उत्पाद#सदिश ट्रिपल उत्पाद का उपयोग करना और अदिश को परिभाषित करना शामिल है <math>\dot{r}</math> सदिश के मानदंड के विपरीत, <em>रेडियल वेग</em> होना <math>\dot{\mathbf{r}}</math>) दाहिना हाथ बन जाता है:
कुछ चरणों के बाद (जिसमें सदिशत्रिक गुणनफल का उपयोग करना और अदिश <math>\dot{r}</math> को <em>रेडियल वेग</em> के रूप में परिभाषित करना शामिल है  सदिश <math>\dot{\mathbf{r}}</math> के मानदंड के विपरीत, दाहिना पक्ष बन जाता है:
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   -\frac{\mu}{r^3}\left(\mathbf{r} \times \mathbf{h}\right) =
   -\frac{\mu}{r^3}\left(\mathbf{r} \times \mathbf{h}\right) =
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   \mu \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left(\frac{\mathbf{r}}{r}\right)
   \mu \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\left(\frac{\mathbf{r}}{r}\right)
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</math>
इन दोनों अभिव्यक्तियों को समान स्थापित करने और समय के साथ एकीकरण करने से (एकीकरण की निरंतरता के साथ) होता है <math> \mathbf{C} </math>)
इन दोनों अभिव्यक्तियों को समान स्थापित करने और समय के साथ एकीकृत करने से (एकीकरण स्थिरांक <math> \mathbf{C} </math> के साथ) होता है
<math display="block"> \dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h} = \mu\frac{\mathbf{r}}{r} + \mathbf{C} </math>
<math display="block"> \dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h} = \mu\frac{\mathbf{r}}{r} + \mathbf{C} </math>
अब इस समीकरण को ([[डॉट उत्पाद]]) से गुणा किया जाता है <math> \mathbf{r} </math> और पुनर्व्यवस्थित किया गया
अब इस समीकरण को <math> \mathbf{r} </math> ([[डॉट उत्पाद|अदिश गुणनफल]]) से गुणा किया जाता है और पुनर्व्यवस्थित किया गया
<math display="block">\begin{align}
<math display="block">\begin{align}
             \mathbf{r} \cdot \left(\dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h}\right) &= \mathbf{r} \cdot \left(\mu\frac{\mathbf{r}}{r} + \mathbf{C}\right) \\
             \mathbf{r} \cdot \left(\dot{\mathbf{r}}\times\mathbf{h}\right) &= \mathbf{r} \cdot \left(\mu\frac{\mathbf{r}}{r} + \mathbf{C}\right) \\
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\Rightarrow                                                            h^2 &= \mu r + r C\cos\theta
\Rightarrow                                                            h^2 &= \mu r + r C\cos\theta
\end{align}</math>
\end{align}</math>
अंततः किसी को [[कक्षा समीकरण|कक्ष समीकरण]] प्राप्त होता है<ref name="Vallado" />
अंततः [[कक्षा समीकरण|कक्ष समीकरण]] प्राप्त होता है<ref name="Vallado" />
<math display="block"> r = \frac{\frac{h^2}{\mu}}{1 + \frac{C}{\mu}\cos\theta} </math>
<math display="block"> r = \frac{\frac{h^2}{\mu}}{1 + \frac{C}{\mu}\cos\theta} </math>
जो अर्ध-लैटस मलाशय के साथ [[ध्रुवीय निर्देशांक में शंकु अनुभाग]] है <math display="inline"> p = \frac{h^2}{\mu} </math> और विलक्षणता <math display="inline"> e = \frac{C}{\mu} </math>.
जो अर्ध-लैटस मलाशय <math display="inline"> p = \frac{h^2}{\mu} </math> के साथ [[ध्रुवीय निर्देशांक में शंकु अनुभाग]] है और विलक्षणता <math display="inline"> e = \frac{C}{\mu} </math> है।


=== दूसरा नियम ===
=== दूसरा नियम ===
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==संदर्भ==
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[[Category: कोनेदार गति]]  
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Revision as of 12:12, 29 November 2023

खगोलीय यांत्रिकी में, विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति (अक्सर या से दर्शाया जाता है) किसी पिंड का कोणीय संवेग उसके द्रव्यमान से विभाजित होता है।[1] दो परिक्रमी पिंडों के मामले में यह उनकी सापेक्ष स्थिति और सापेक्ष संवेग का सदिश उत्पाद है, जिसे संबंधित पिंड के द्रव्यमान से विभाजित किया जाता है।

विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति दो-पिंड समस्या के विश्लेषण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, क्योंकि यह आदर्श परिस्थितियों में किसी दी गई कक्ष के लिए स्थिर रहती है। इस संदर्भ में "विशिष्ट" प्रति इकाई द्रव्यमान कोणीय गति को इंगित करता है। विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति के लिए एसआई इकाई (अन्तरराष्ट्रीय मात्रक प्रणाली) वर्ग मीटर प्रति सेकंड है।

परिभाषा

विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति को सापेक्ष स्थिति सदिश और सापेक्ष वेग सदिश के सदिश गुणनफल के रूप में परिभाषित किया गया है,

जहाँ कोणीय संवेग सदिश है, जिसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है

सदिश हमेशा तात्कालिक आश्लेषी कक्षीय तल (खगोल विज्ञान) के लंबवत होता है, जो तात्कालिक क्षुब्ध कक्षा (खगोल विज्ञान) के साथ मेल खाता है। समय के साथ यह औसत कक्षीय तल के लंबवत हो यह आवश्यक नहीं है।

दो पिंड के मामले में स्थिरता का प्रमाण

दूरी सदिश , वेग सदिश , सच्ची विसंगति और उड़ान पथ कोण का चारों ओर कक्ष में . दीर्घवृत्त के सबसे महत्वपूर्ण मापों को भी दर्शाया गया है (जिनमें से, ध्यान दें कि वास्तविक विसंगति के रूप में लेबल किया गया है ).

कुछ शर्तों के तहत, यह साबित किया जा सकता है कि विशिष्ट कोणीय गति स्थिर है। इस प्रमाण की शर्तों में शामिल हैं:

  • एक वस्तु का द्रव्यमान दूसरी वस्तु के द्रव्यमान से बहुत अधिक होता है। ()
  • समन्वय प्रणाली जड़त्वीय संदर्भ प्रणाली है।
  • प्रत्येक वस्तु को गोलाकार सममित बिंदु कण के रूप में माना जा सकता है।
  • दो पिंडों को जोड़ने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा कोई अन्य बल प्रणाली पर कार्य नहीं करता है।

प्रमाण

प्रमाण दो-पिंड की समस्या से प्रारंभ होता है, जो न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम से लिया गया है:

जहाँ:

  • अदिश परिमाण के साथ से तक स्थिति सदिश है।
  • , का दूसरी बार व्युत्पन्न है। (त्वरण)
  • गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है।

गति के समीकरण के साथ स्थिति सदिश का सदिश गुणनफल है:

क्योंकि दूसरा पद लुप्त हो जाता है:

इससे यह भी निकाला जा सकता है कि:
इन दोनों समीकरणों को मिलाने पर प्राप्त होता है:
चूँकि समय व्युत्पन्न शून्य के बराबर है, मात्रा स्थिर है, स्थिति परिवर्तन की दर के स्थान पर वेग सदिश तथा विशिष्ट कोणीय गति के लिए का उपयोग करना:
स्थिरांक है

यह संवेग के सामान्य निर्माण से भिन्न है, , क्योंकि इसमें विचाराधीन वस्तु का द्रव्यमान शामिल नहीं है।

ग्रहीय गति के केपलर के नियम

केप्लर के ग्रहीय गति के नियमों को उपरोक्त संबंधों से लगभग सीधे तौर पर सिद्ध किया जा सकता है।

पहला नियम

प्रमाण दो-पिंड समस्या के समीकरण के साथ फिर से प्रारंभ होता है। इस बार इसे (सदिश गुणनफल) विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति से गुणा करता है

बायां पक्ष व्युत्पन्न के बराबर है क्योंकि कोणीय संवेग स्थिर है।

कुछ चरणों के बाद (जिसमें सदिशत्रिक गुणनफल का उपयोग करना और अदिश को रेडियल वेग के रूप में परिभाषित करना शामिल है सदिश के मानदंड के विपरीत, दाहिना पक्ष बन जाता है:

इन दोनों अभिव्यक्तियों को समान स्थापित करने और समय के साथ एकीकृत करने से (एकीकरण स्थिरांक के साथ) होता है
अब इस समीकरण को (अदिश गुणनफल) से गुणा किया जाता है और पुनर्व्यवस्थित किया गया
अंततः कक्ष समीकरण प्राप्त होता है[1]
जो अर्ध-लैटस मलाशय के साथ ध्रुवीय निर्देशांक में शंकु अनुभाग है और विलक्षणता है।

दूसरा नियम

विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति के निरपेक्ष मान की गणना करने के लिए दूसरा नियम तीन समीकरणों में से दूसरे समीकरण का तुरंत पालन करता है।[1]

यदि कोई समीकरण के इस रूप को जोड़ता है रिश्ते के साथ एक अतिसूक्ष्म छोटे कोण वाले त्रिज्यखंड के क्षेत्रफल के लिए (एक बहुत छोटी भुजा वाला त्रिभुज), समीकरण


तीसरा नियम

केप्लर का तीसरा नियम दूसरे नियम का प्रत्यक्ष परिणाम है। एक क्रांति में एकीकृत करने से कक्षीय अवधि मिलती है[1]

क्षेत्र के लिए एक दीर्घवृत्त का. अर्ध-लघु अक्ष को इसके साथ बदलना और विशिष्ट सापेक्ष कोणीय गति के साथ एक मिलता है
इस प्रकार अर्ध-प्रमुख अक्ष और उपग्रह की कक्षीय अवधि के बीच एक संबंध होता है जिसे केंद्रीय निकाय के स्थिरांक तक कम किया जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Vallado, David A. (2001). खगोलगतिकी और अनुप्रयोगों के मूल सिद्धांत (2nd ed.). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. pp. 20–30. ISBN 0-7923-6903-3.