中心力 -kr を受ける質点の運動(おまけ)

【問題】
楕円振動(\boldsymbol{F} = -k\boldsymbol{r} による平面運動)している質点に、ある瞬間に中心に向かう衝撃力が加わったとき、その後の質点の運動はどうなるか?


【解答】
衝撃力は中心力で面積速度を変えず、その後はもとの力 -k\boldsymbol{r} を受けて前と同じ周期の楕円振動をする。その楕円軌道は面積がもとと同じで、軸の方向はもとと違う。

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Algodoo によるシミュレーション

横方向を長軸とする楕円軌道から、最下点において上向き(中心向き)の撃力を加えた場合の Algodoo によるシミュレーション。同じ位置にきたとき同様の撃力を繰り返し加えて、軌道の軸をどんどんずらしてみた。

撃力によって速度の上向き成分が増加すると、軌道軸は縦にずれていくが、撃力が中心力である限り面積速度は変わらないので、しだいに細長い楕円軌道に移行していくことになる。