Задача без названия
p_883f5add032a3479
- ? Три звезды с равной массой обращаются вокруг общего центра тяжести по одинаковой круговой траектории, находясь в вершинах равностороннего треугольника. В один момент одна из звезд взрывается как сверхновая, и ее масса без остатка быстро покидает систему. Найдите эксцентриситет новых орбит оставшихся двух звезд.
Решение
Показать решение
- Обозначим расстояние между звездами попарно (сторону равностороннего треугольника) как R, а массу каждой звезды как M. Рассмотрим движение каждой звезды. По свойствам равностороннего треугольника, радиус орбит звезд составляет
Центростремительное ускорение каждой звезде придает равнодействующая сил притяжения двух других звезд:
Скорость движения каждой из звезд составляет
После взрыва одной из звезд две остальные продолжают двигаться со скоростями , как показано на рисунке. Компонента этой скорости, направленная вдоль прямой, соединяющей звезды, u, одинакова для обеих звезд и является скоростью центра масс системы, образованной двумя звездами; она в дальнейшем не изменяется. А вот перпендикулярная компонента v у двух звезд совпадает по модулю, но противо-
положна по направлению. Она становится орбитальной скоростью звезд. Ее величина составляет
Орбитальная скорость перпендикулярна радиусу-вектору, следовательно, положения звезд сразу после взрыва соответствуют либо перицентрам, либо апоцентрам новых орбит. Пусть через половину орбитального периода, в апоцентре или перицентре соответственно, расстояние между звездами будет равно D, а скорости каждой будут равны . Запишем законы сохранения момента импульса и энергии:
сохранения момента импульса и энергии:
Делая подстановки
получаем уравнение
и далее:
Это уравнение имеет два корня, соответствующие двум точкам на орбитах звезд. Первое решение (D=R) связано с положением звезд сразу после взрыва, а второе (D=3R) — через половину нового орбитального периода. Мы видим, что сразу после взрыва звезды оказываются в перицентрах своих новых орбит, а в апоцентрах они будут втрое дальше друг от друга. Эксцентриситет новых орбит составит