高校物理 要点・解法ノート
差がつく

楕円軌道の速さ(面積速度+エネルギーの連立)

着眼点近地点と遠地点の速さは、面積速度一定(r_1v_1=r_2v_2)と力学的エネルギー保存の2式で決まる。

例題
1
地球(質量 M)を焦点とする楕円軌道で、近地点距離 r、遠地点距離 3r の人工衛星がある。近地点での速さ v_1 を G,M,r で表せ。
解答
面積速度: rv_1=3rv_2 より v_2=\dfrac{v_1}3
エネルギー: \frac12mv_1^2-\dfrac{GMm}r=\frac12m\dfrac{v_1^2}9-\dfrac{GMm}{3r}
\frac12v_1^2\cdot\dfrac89=\dfrac{2GM}{3r} より v_1^2=\dfrac{3GM}{2r}
v_1=\sqrt{\dfrac{3GM}{2r}}(半径 r の円軌道の速さ \sqrt{GM/r} より速い)

「円運動・慣性力・万有引力」の項目

  1. 角速度・周期・回転数必須
  2. 向心加速度と向心力必須
  3. 円錐振り子差がつく
  4. 鉛直面内の円運動必須
  5. 慣性力(加速する観測者から見る)必須
  6. 遠心力(一緒に回る観測者から見る)差がつく
  7. 万有引力と重力加速度必須
  8. 人工衛星の円運動必須
  9. ケプラーの法則必須
  10. 万有引力の位置エネルギーと脱出速度差がつく
  11. 楕円軌道の速さ(面積速度+エネルギーの連立)差がつく
  12. 地球の自転と見かけの重力不要

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