2.6.46∗. Спутник движется вокруг планеты массы $M$ по эллипсу с большой и малой полуосями $a$ и $b$. Определите площадь, которую радиус-вектор, проведенный из центра планеты к спутнику, «заметает» в единицу времени. Найдите период обращения спутника.
К задаче $2.6.46$
Решение
Разделим эллипс на маленькие треугоники, один из катетов которого это радиус-вектор, другой путь мпутника за малый промежуток времени. в таких масштабах путь будет прямой: $$dS=\frac{rx}{2}$$
$$x=vsin\alpha dt$$ Где угол $\alpha$ это угол между вектором скорости и радиус-вектором. $$\frac{dS}{dt}=\frac{vrsin\alpha}{2}$$ Известно, что при нулевом моменте сил, момент импульса постоянен: $$L=mvrsin\alpha=const$$ Следовательно: $$\frac{dS}{dt}=\frac{L}{2m}=const$$ Геометрия эллипса, расписанная через апогей и перигей: $$2a=r_a+r_p$$
$$b^2=r_ar_p$$ Момент импульса в апогее: $$L=mur_a$$ Энергия в апогее, которая равна энегрии при движении по эллипсу: $$\frac{mu^2}{2}-\frac{\gamma Mm}{r_a}=-\frac{\gamma Mm}{2a}$$
$$\frac{u^2}{2}=\frac{\gamma M(2a-r_a)}{2ar_a}$$
$$u^2r_a=\frac{\gamma Mr_p}{a}$$
$$u^2r_a^2=\frac{\gamma Mr_ar_p}{a}=\frac{\gamma Mb^2}{a}$$ Получаем ответ: $$\boxed{\frac{dS}{dt}=\frac{b}{2}\sqrt{\frac{\gamma M}{a}}}$$ Т.к. скорость покрытия площади постоянна, средняя скорсть покрытия тоже равна ей: $$\frac{S}{T}=\frac{dS}{dt}$$