Enunciado

Uma órbita quase circular (isto é, ϵ ≪ 1 ), pode ser considerada como uma órbita circular na qual foi aplicada uma pequena perturbação. Desse modo, a frequência do movimento radial é fornecida pela Equação 8.89. Considere um caso no qual a lei da força é F r = - k r n (onde n é um inteiro) e demostre que o ângulo elipsoidal é π 3 - n Portanto, demonstre que uma órbita fechada geralmente ocorre somente para a força do oscilador harmônico e a força da lei do inverso do quadrado (se os valores de n iguais ou menores do que -6 forem excluídos)

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba??

Se reescrevermos a distancia radial considerando uma perturbação x, temos:

r = ρ + x           ρ = c o n s t a n t e

Com x obedecendo a equação oscilatória da equação 8.88 desde mesmo livro:

x ' ' + ω 0 2 x = 0

Onde:

ω 0 = 3 g ρ ρ + g ' ρ

O tempo pedido para o vetor radial para ir de um valor máximo ao máximo mínimo sucessivo é:

Δ t = τ 0 2

Onde τ 0 = 2 π ω 0 , é o período de x, assim:

Δ t = π ω 0

Bora pro próximo passo?!

Passo 2

Obrigado por vir.

O ângulo no qual a partícula se move durante esse tempo é:

ϕ = ω Δ t = ω π ω 0

Onde ω é a velocidade angular do movimento orbital no qual nós aproximamos por um movimento circular. Agora, sob a força F r = - μ g r

μ ρ ω 2 = - F r = μ g ρ → ω = g ρ ρ

Substituindo essa equação na qual obtivemos antes, temos:

ϕ = ω π ω 0 = π g ρ ρ 3 g ρ ρ + g ' ρ = π 3 + ρ g ' ρ g ρ

Passo 3

Já que F r = k r n = μ g r → g r = k μ 1 r n ,   temos:

g ' ρ g ρ = - n ρ

Assim:

ϕ = π 3 - ρ n ρ = π 3 - n

Para obtermos uma orbita fechada, o ângulo elipsoidal deve ser uma fração racional de 2 π , então n deve ser:

n = 2 , - 1 , - 6

Onde n = 2 corresponde à força da lei do inverso, e n = - 1 corresponde a força do oscilador harmônico.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)