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Wie sieht die Bahnkurve im Grenzfall 1 aus? 2

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Theoretishe Physik A WS 2000/01

Prof. Dr. J.Kuhn / Dr. W.Kilian Blatt 13 26. 1.2001

Abgabe:Mittwoh, 24.1. bis10:30

1. Fluhtbahnen (4 Punkte)

ZeigenSie: Fur>1 hat eine Planetenbahn

r()= p

1+os

dieForm einer Hyperbel

(x x

0 )

2

a 2

y 2

b 2

=1

Druken Sie a, b und x

0

durh p und aus. Wie sieht die Bahnkurve im Grenzfall

1 aus?

2. Komet(6 Punkte)

EinKomet (reduzierteMasse ) bewegt sih aufseiner Bahn imGravitationsfeld der

Sonne:

U(r)=

r

(1)

(a) Wie gro ist seine Geshwindigkeit v

0

im Abstand r

0

von der Sonne, wenn die

Bahn gerade nihtmehr geshlossen ist(Parabelbahn)?

(b) Wie gro ist dieGeshwindigkeit aufeiner Kreisbahn mit Radiusr

0

?

() Mit welher Relativgeshwindigkeit kann also ein Komet auf einer Parabelbahn

maximal auf dieErde auftreen?

[Die Erdbahn ist beinahe kreisformig mitRadius 1AE=15010 6

km.Ein Jahr

hat 10 7

s .℄

3. Planetenbewegung:Alternative Losung(6 Punkte)

Auf dem vorigen Blatt haben Sie gezeigt, da im Gravitationsfeld (1) der Lenzshe

Vektor

= _ rL

r 2

F(r) e

r

(2)

z-Ahse und der Lenzshe Vektor in Rihtung der x-Ahse zeigt.Stellen Sie dieGlei-

hungen furdieErhaltung vonDrehimpuls L=(0;0;L)und Lenz-Vektor =(;0;0)

in Polarkoordinaten auf, d.h. ausgedrukt durh r;;r;_ _

. Eliminieren Sie in diesen

Gleihungen alle Zeitableitungen und bestimmen Sie damit die Bahnkurve r() fur

einen Planeten im Gravitationsfeld, ohne eine Dierentialgleihung losen zu mussen

oder einIntegral zu berehnen.

4. Eulershe Formel (4 Punkte)

DieMatrix I ist durh

I =

0 1

1 0

gegeben.

(a) Berehnen Sie allePotenzen von I, alsoI 2

, I 3

, :::

(b) Fur quadratishe Matrizen kann man ebenso wie furreelle und komplexe Zahlen

Potenzreiheneinfuhren. Soist fur eine beliebigequadratishe MatrixA

expA= 1

X

n=0 1

n!

A n

:

Zeigen Sie, da

exp (I)=Eos+Isin

ergibt, also die Matrix einer Drehung um den Winkel . (E bezeihnet hier die

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