三维打印表面上弹珠运动的计算轨道力学 -- 1. 形式基础
摘要：通过扭曲的表面模拟由引力引起的曲率是物理教育中常见的可视化辅助工具。我们重新审视最近一项实验，探索在精确的3D打印表面上模拟牛顿引力的轨道轨迹，并将这种类比提升到不仅仅是可视化工具的地位。我们提供了一个通用的分析方法，通过这种简单的实验可以在本科生水平上创建一个相当高级的计算轨道力学实验室，为这个学科中各种非平凡的细节提供便捷的实践计算途径，例如平均轨道、离心率和真异常以及它们的计算、拉普拉斯-朗日-伦兹矢量守恒、一般轨道的表征和轨道参数的提取。我们表明，尽管这种表面上的弹珠的运动在严格的理论意义上并不能真正表示牛顿引力下的轨道轨迹，但通过提出的投影过程，实际记录的轨迹与开普勒轨道非常相似，并且在轨道运动的已知守恒定律方面近似保持一致。通过多次实验记录的具有不同偏心率和半长轴的椭圆轨迹，我们证明了后一事实。在这个双部分序列的第一部分中，我们奠定了这个论述的正式基础，描述了实验、校准、结果的重要评估以及将原始实验数据转化为对轨道分析有用的形式的计算程序。
作者：Pooja Bhambhu, Preety, Paridhi Goel, Chinkey, Manisha Siwach, Ananya Kumari, Sudarshana, Sanjana Yadav, Shikha Yadav, Bharti, Poonam, Anshumali, Athira Vijayan, and Divakar Pathak
论文ID：2302.12643
分类：Physics Education
分类简称：physics.ed-ph
提交时间：2023-02-27