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※ 引述《ch110125 (我好喜歡熊)》之銘言: : 各位板上物理高手 : 小弟有一個關於行星運動與角動量的問題 : 請問行星作橢圓運動時,角動量是否守恆? : 我們知道將中心星球(焦點)視為轉軸支點 : 此時,沒有力矩作用於繞橢圓運動之星球 : 故角動量守恆,這是沒有問題的 : 但是如果你把支點轉換到橢圓的中心 : 再觀察近日點和遠日點的速率 : 就發現,換個支點角動量就不守恆了 : 尤於角動量守恆是來自於力矩等於零 : 但是由中心點觀察整個系統力矩也等於零~ : 應該說當力矩等於零時,你換支點根本沒影響 : 但為什麼會造成角動量不守恆的情況呢?????? : 希望有高手可以點破我的錯誤~ : 感恩~~ → (1)將太陽當作座標原點,行星位置座標為 r ,則整個系統的力矩,合計為零。 分開計算太陽與行星的部份,因為反作用定律,太陽與行星受力方向相反, 則有 → → → → → → → → τ = 0×(- F ) = 0 τ = r × F = 0 ... ∵ r // F sun planet → → ∴ Στ = 0 => L = const. vector → → → (2)改以其他某處位置當作座標原點,太陽與行星之新位置向量為R 、R + r 則太陽與行星的力矩各為 → → → → → → → → → → → → → τ' = R ×(-F ) = - R × F τ' = (R +r )× F = R × F + r × F sun planet ^^^^^^=0 → → → → → → ∴ Στ' = - R × F + R × F = 0 => L' = const. vector 由(1)、(2)可知,更換觀察座標位置,並不會改變合力矩為零之結論! 且角動量仍為定向量。亦即角動量守恆仍然成立! -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 210.70.212.166
ch110125:那為什麼當我取中心當座標原點時~無法觀察出角動量守恆 04/22 10:30
finecyp:角動量守恆是對於同一個座標系,任何時刻的角動量都相同 04/22 10:38
finecyp:並不是換了座標系,角動量仍然保持相同的意思! 04/22 10:39
Beachboy:我突然也覺得怪怪的。照理說,f大的推導沒問題。基本上, 04/22 10:39
Beachboy:若新的參考點仍是慣性座標,角動量守恆還是成立。太陽對 04/22 10:40
alenbe:討論時請看清楚,系統是指什麼? "行星" or "行星+太陽" 04/22 10:40
Beachboy:中心v=0,無角動量。剩下就是地球。但是在近日點和遠日點 04/22 10:41
Beachboy:地球對橢圓中心的角動量似乎是不一樣的?! 怎麼會降... 04/22 10:41
Beachboy:a大你說的我剛有想到耶,但如同我說的,太陽對中心,恰好 04/22 10:42
Beachboy:角動量=0,這樣不是就只剩下考慮行星的角動量? 04/22 10:42
finecyp:嚴格說來,角動量守恆,應該是在慣性座標系才能保持正確! 04/22 10:44
finecyp:這裡,慣性座標系,應該是指太陽與行星系統的質心位置 04/22 10:45
Beachboy:其實有三種情況,都還是可以成立。詳見力學課本。最典型 04/22 10:45
finecyp:但是,選擇以太陽為焦點的橢圓中心,該位置不是慣性座標! 04/22 10:46
Beachboy:的有兩種,一種是參考點a=0,一種是參考點在質心(縱使cm 04/22 10:46
Beachboy:在加速),第三種比較少見,就不說了。 04/22 10:47
finecyp:因為從太陽來看,不只是行星繞日橢圓軌道,質心也是如此! 04/22 10:47
Beachboy:f大,但我們不是假定太陽>>地球,太陽不動嗎? 04/22 10:48
finecyp:反過來說,從質心看橢圓中心,並不是靜止或做等速度運動, 04/22 10:48
finecyp:所以選擇橢圓中心這個座標系,並非是慣性座標系,看到的 04/22 10:49
finecyp:角動量也就不會是與太陽座標看到的相同了! 04/22 10:49
Beachboy:咦,但站在加速座標上,看其它座標,本來就都變成加速啦 04/22 10:51
Beachboy:那如果從地球太陽的質心看太陽,那太陽是否也非慣性座標? 04/22 10:52
finecyp:回B大,若質心做等加速度運動就還好處理,橢圓運動不行 04/22 10:53
finecyp:在二體力學問題中,太陽或行星座標看到的,跟質心一樣! 04/22 10:55
Beachboy:嗯....(思考中),所以說,那到底是否為慣性座標如何判斷? 04/22 10:55
finecyp:是非慣性座標系的例外(其他的非慣性座標看到的就是不同) 04/22 10:56
finecyp:通常處理二體問題,都預設將質心當作不動,所以質心為慣性 04/22 10:57
finecyp:座標 04/22 10:57
ch110125:為什麼不是慣性座標~這個系統又沒有受到外力~ 04/22 11:03
asis:睡前想了一下...也許如果支點換到中心之後力矩是零沒錯可是 04/22 11:03
ch110125:沒有受到外力不管你怎樣觀察都是慣性吧 04/22 11:03
ch110125:這個問題怎麼會這麼玄= = 04/22 11:03
asis:看到的速度也會改變...所以不能用在焦點看到的速度來討論 04/22 11:04
asis:角動量守恆...雖然好像是說焦點跟中心點沒有相對運動 04/22 11:04
asis:可是向心力問題沒有translational invariance 04/22 11:05
ch110125:剛剛想了一想~質心好像真的會變動~但是這樣不就 04/22 11:05
ch110125:違反牛頓第二定律~明明系統不受外力~結果卻發生加速運動 04/22 11:06
sneak: 是非慣性座標系的例外( https://noxiv.com 08/13 15:34
sneak: 所以選擇橢圓中心這個座 https://daxiv.com 09/17 10:15
sneak: 在加速),第三種比較少 https://daxiv.com 09/17 13:30
sneak: 這個問題怎麼會這麼玄= https://noxiv.com 11/09 11:10
sneak: 這個問題怎麼會這麼玄= https://muxiv.com 01/02 14:24
muxiv: 這個問題怎麼會這麼玄= http://yofuk.com 07/06 21:58