PHYSICS / ORBITAL MECHANICS
කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමය හෙවත් "ක්ෂේත්රඵල නියමය" මගින් පැහැදිලි කරන්නේ, ග්රහලෝකයක් සූර්යයා වටා ගමන් කරන විට, සමාන කාල පරතරයන් තුළදී එම ග්රහලෝකය සහ සූර්යයා සම්බන්ධ කරන අරය රේඛාව මගින් ආවරණය කරනු ලබන ක්ෂේත්රඵලය නියතව පවතින බවයි. සරලව කිවහොත්, ග්රහලෝක සූර්යයාට ආසන්නව පවතින විට වේගයෙන්ද, සූර්යයාගෙන් ඈතින් පවතින විට සෙමින්ද ගමන් කරයි.
කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව ග්රහලෝකයක ක්ෂේත්රීය ප්රවේගය සෙවීමේ dA / dt = L / (2m) = constant සූත්රය ඇසුරින් පහත ප්රශ්නවලට පිළිතුරු සිතන්න.
ප්රශ්නය 1:
මෙම සූත්රයේ ඇති L මඟින් අදහස් කරන්නේ කුමන භෞතික රාශියද?
ප්රශ්නය 2:
ග්රහලෝකයක් සූර්යයා වටා ගමන් කිරීමේදී dA / dt (ක්ෂේත්රීය ප්රවේගය) නියතව පවතින්නේ ඇයි?
ප්රශ්නය 3:
ග්රහලෝකය සූර්යයාට ළඟම වන විට (Perihelion) එහි කක්ෂීය ප්රවේගය (v) උපරිම වේ. මෙම සූත්රයට අනුව එය පැහැදිලි කරන්නේ කෙසේද?
dA / dt = L / (2m)
පිළිතුර 1:
L යනු ග්රහලෝකයේ කෝණික සංවේගය (Angular Momentum) වේ. සූර්යයාගෙන් ඇතිවන ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය කේන්ද්රීය බලයක් නිසා බාහිර ව්යවර්ථයක් ක්රියා නොකරයි, එබැවින් L සැමවිටම සංරක්ෂණය වේ (නියතයකි).
පිළිතුර 2:
කක්ෂගත වස්තුවේ ස්කන්ධය (m) සහ කෝණික සංවේගය (L) යන දෙකම නියතයන් වන බැවින්, L / (2m) යන අගයද නියතයක් වේ. මේ නිසා සමාන කාල පරිච්ඡේද තුළදී ග්රහලෝකය සමාන වර්ගඵල ප්රමාණයක් (dA) පසු කරයි.
පිළිතුර 3:
කෝණික සංවේගය L = m × v × r වේ. සූර්යයාට ළඟම වන විට දුර (r) අවම වන නිසා, L නියතව තබා ගැනීමට නම් ප්රවේගය (v) උපරිම විය යුතුය. එමඟින් dA/dt අගය නියතව පවතී.
PHYSICS / ORBITAL DYNAMICS
කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව, ග්රහලෝකයක් සූර්යයාට ඉතාම ආසන්න වන ලක්ෂ්යයේ (Perihelion) ගමන් කරන විට, එම ග්රහලෝකයේ කක්ෂීය වේගය උපරිම අගයකට ළඟා වේ. සූර්යයාට සමීප වන විට ග්රහලෝකය මත ක්රියා කරන ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය වැඩි වීම නිසා, නියත ක්ෂේත්රඵලයක් ආවරණය කිරීමට ග්රහලෝකයට වඩා වේගයෙන් ගමන් කිරීමට සිදු වේ.
යම් කක්ෂයක පේරිහීලියන දුර rp = 2 AU ද, ඇපහීලියන දුර ra = 8 AU ද වේ. එම ග්රහලෝකය ඇපහීලියනයේදී va = 5 km/s ක ප්රවේගයකින් ගමන් කරන්නේ නම්, කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව එහි පේරිහීලියන ප්රවේගය (vp - ළඟම දුරදී ප්රවේගය) සොයන්න.
භාවිතා කරන සූත්රය:
vp = (va × ra) / rp
1. අගයන් ආදේශ කිරීම:
vp = (5 × 8) / 2
2. ගුණ කිරීම සහ බෙදීම:
vp = 40 / 2
පිළිතුර: vp = 20 km/s
(ග්රහලෝකය සූර්යයාට ළඟම වන විට දුර 4 ගුණයකින් අඩු වන නිසා, එහි ප්රවේගය 4 ගුණයකින් වැඩි වී ඇත.)
PHYSICS / ORBITAL DYNAMICS
කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව, ග්රහලෝකයක් සූර්යයාගෙන් වඩාත්ම ඈතින් පිහිටන ලක්ෂ්යයේ (Aphelion) ගමන් කරන විට, එහි කක්ෂීය වේගය අවම අගයකට පත්වේ. සූර්යයාගෙන් ඇති දුර වැඩි වීම නිසා ගුරුත්වාකර්ෂණ බලපෑම තරමක් අඩුවන අතර, නියත ක්ෂේත්රඵලයක් ආවරණය කිරීමට ග්රහලෝකයට මන්දගාමීව ගමන් කිරීම ප්රමාණවත් වේ.
යම් කක්ෂයක පේරිහීලියන දුර rp = 2 AU ද, ඇපහීලියන දුර ra = 8 AU ද වේ. එම ග්රහලෝකය පේරිහීලියනයේදී (ළඟම ලක්ෂ්යයේදී) vp = 20 km/s ක ප්රවේගයකින් ගමන් කරන්නේ නම්, එහි ඇපහීලියන ප්රවේගය (va - ඈතම දුරදී ප්රවේගය) සොයන්න.
භාවිතා කරන සූත්රය:
va = (vp × rp) / ra
1. අගයන් ආදේශ කිරීම:
va = (20 × 2) / 8
2. ගුණ කිරීම සහ බෙදීම:
va = 40 / 8
පිළිතුර: va = 5 km/s
(ග්රහලෝකය සූර්යයාගෙන් ඈතම ලක්ෂ්යයට පැමිණෙන විට එහි දුර වැඩි වන නිසා, කක්ෂීය වේගය අඩු වී ඇත.)
කෙප්ලර් කක්ෂයක චලිත වන ග්රහලෝකයක ප්රවේගය සෙවීමට Vis-Viva සූත්රය භාවිතා කරයි. මෙහිදී කක්ෂයේ හැඩය (a, e) සහ කේන්ද්රීය වස්තුවේ ගුරුත්වාකර්ෂණ බලපෑම (GM) කෙලින්ම ආදේශ කරනු ලබයි.
නිදසුනක් ලෙස, කක්ෂයක GM/a = 100 (km/s)2 සහ e = 0.6 වන විට පේරිහීලියන ප්රවේගය සෙවීම:
1. සූත්රයට අගයන් ආදේශ කිරීම:
vp = √[ 100 × ((1 + 0.6) / (1 - 0.6)) ]
2. වරහන් ඇතුළත කොටස සුළු කිරීම:
vp = √[ 100 × (1.6 / 0.4) ]
vp = √[ 100 × 4 ]
3. ගුණ කිරීම සහ වර්ගමූලය සෙවීම:
vp = √[ 400 ]
පිළිතුර: vp = 20 km/s
(මෙමඟින් කෝණික සංවේග නියමය පමණක් නොව, ශක්ති සංරක්ෂණ නියමයද කක්ෂය පුරා මනාව තහවුරු වේ.)
PHYSICS / UNIVERSAL CONSTANTS
ගුරුත්වාකර්ෂණ නියතය (G) යනු විශ්වයේ පවතින ඕනෑම ස්කන්ධ දෙකක් අතර පවතින ආකර්ෂණ බලය තීරණය කරන මූලික භෞතික නියතයකි. නිව්ටන්ගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමයට අනුව, ස්කන්ධයන් අතර බලය ගණනය කිරීම සඳහා මෙම නියතය අත්යවශ්ය වේ. මෙය විශ්වය පුරාම එකම අගයක් ගන්නා නියතයකි.
PHYSICS / ASTROPHYSICAL CONSTANTS
සූර්ය ස්කන්ධය (M) යනු තාරකා විද්යාවේදී තාරකාවල සහ වෙනත් විශාල අභ්යවකාශ වස්තූන්ගේ ස්කන්ධය මැනීම සඳහා භාවිතා කරන සම්මත ඒකකයකි. සූර්යයාගේ ස්කන්ධය ආසන්න වශයෙන් කිලෝග්රෑම් 1.989 x 10^30 ක් වේ. ග්රහලෝකවල කක්ෂීය චලිතය ගණනය කිරීමේදී සූර්යයාගේ ස්කන්ධය ප්රධාන සාධකයක් ලෙස සැලකේ.
PHYSICS / ORBITAL DYNAMICS
කෝණික ගම්යතාවය යනු භ්රමණය වන වස්තුවක චලිතය මනින භෞතික රාශියකි. ග්රහලෝකයක් සූර්යයා වටා කක්ෂයක ගමන් කරන විට, බාහිර ව්යවර්ථයක් (Torque) නොමැති තාක් කල් මෙම කෝණික ගම්යතාවය නියතව පවතී. කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමය ගණිතමය වශයෙන් ඔප්පු කිරීමට මෙම නියත කෝණික ගම්යතාවය අත්යවශ්ය වේ.
සූර්යයා වටා කක්ෂගතව ඇති ස්කන්ධය m = 2 × 1024 kg වන ග්රහලෝකයක්, එක්තරා ස්ථානයකදී v = 3 × 104 m/s ක ප්රවේගයකින් ගමන් කරයි. එම අවස්ථාවේදී සූර්යයාගේ සිට ඇති දුර r = 1.5 × 1011 m නම්, ග්රහලෝකයේ කෝණික සංවේගය (L) සොයන්න.
භාවිතා කරන සූත්රය:
L = m × v × r
1. අගයන් ආදේශ කිරීම:
L = (2 × 1024) × (3 × 104) × (1.5 × 1011)
2. සංඛ්යා සහ දසයේ බල වෙන්කර සුළු කිරීම:
L = (2 × 3 × 1.5) × 10(24 + 4 + 11)
L = 9 × 1039
පිළිතුර: L = 9 × 1039 kg m2 s-1
(බාහිර ව්යවර්ථයක් ක්රියා නොකරන බැවින්, කක්ෂය පුරා ඕනෑම ලක්ෂ්යයකදී මෙම කෝණික සංවේග අගය වෙනස් නොවී නියතව පවතී.)
PHYSICS / ROTATIONAL MECHANICS
ව්යවර්ථය (Torque) යනු වස්තුවක් අක්ෂයක් වටා භ්රමණය කිරීමට යොදන බලයකි. 'බාහිර ව්යවර්ථයක්' යනු පද්ධතියකින් පිටතින් ඇතිවන බලයක් මගින් ඇතිකරන භ්රමණ බලපෑමයි. ග්රහලෝකවල කක්ෂීය චලිතයේදී, සූර්යයාගේ ගුරුත්වාකර්ෂණය මගින් කේන්ද්රය දෙසට බලය යොදන නමුත්, එය ව්යවර්ථයක් ඇති නොකරයි. එබැවින් කක්ෂීය කෝණික ගම්යතාවය නියතව පවතී.
සූර්යයා වටා යන ග්රහලෝකයක කෝණික සංවේගය L = 8 × 1039 kg m2 s-1 වන අතර එහි ස්කන්ධය m = 2 × 1024 kg වේ. කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව, මෙම ග්රහලෝකය තත්පර t = 5 × 105 ක කාලයක් තුළදී කක්ෂය මත අතුගානු ලබන (Swept out) මුළු වර්ගඵලය (A) සොයන්න.
භාවිතා කරන සූත්රය:
A = (L × t) / (2 × m)
1. අගයන් ආදේශ කිරීම:
A = [ (8 × 1039) × (5 × 105) ] / [ 2 × (2 × 1024) ]
2. උඩ කොටස සහ යට කොටස වෙන වෙනම සුළු කිරීම:
ලවය (උඩ) = 40 × 10(39 + 5) = 40 × 1044
හරය (යට) = 4 × 1024
3. අවසන් බෙදීම සිදු කිරීම:
A = (40 / 4) × 10(44 - 24)
A = 10 × 1020 = 1 × 1021
පිළිතුර: A = 1 × 1021 m2
(කෙප්ලර්ගේ දෙවන නියමයට අනුව, කාලය t ඒකාකාරව වැඩි වන විට ග්රහලෝකය පසුකරන වර්ගඵලය A ද සෘජු සමානුපාතිකව වැඩි වේ.)
සමාන ස්කන්ධයක් ඇති කක්ෂීය වස්තූන් දෙකක් සලකන්න. පළමු වස්තුවේ කෝණික සංවේගය දෙවන වස්තුවේ කෝණික සංවේගය මෙන් දෙගුණයකි (L1 = 2 × L2). දෙවන වස්තුව යම් කාලයකදී A2 = 400 AU2 ක වර්ගඵලයක් පසුකරයි නම්, එම කාලය තුළදීම පළමු වස්තුව පසුකරන වර්ගඵලය (A1) සොයන්න.
ගොඩනැගෙන සම්බන්ධතාවය:
A1 / A2 = L1 / L2
1. L1 වෙනුවට 2×L2 ආදේශ කිරීම:
A1 / A2 = (2 × L2) / L2
A1 / A2 = 2
2. A1 උක්ත කර අගයන් ආදේශ කිරීම:
A1 = 2 × A2
A1 = 2 × 400
පිළිතුර: A1 = 800 AU2
(කෝණික සංවේගය දෙගුණ වන විට, ඒ හා සමාන කාලයක් තුළදී පසුකරන මුළු වර්ගඵලයේ අගයද සෘජුවම දෙගුණ වේ.)
ග්රහලෝකය සූර්යයාට ළඟම ඇති විට දුර rp = 2 × 1011 m වන අතර ප්රවේගය vp = 40,000 m/s වේ. ස්කන්ධය m = 1 × 1024 kg නම් කෝණික සංවේගය:
ආදේශ කිරීම:
L = (1 × 1024) × 40,000 × (2 × 1011)
L = (1 × 1024) × (4 × 104) × (2 × 1011)
සුළු කිරීම:
L = (1 × 4 × 2) × 10(24 + 4 + 11)
පිළිතුර: L = 8 × 1039 kg m2 s-1
ග්රහලෝකය සූර්යයාගෙන් ඈතම ඇති විට දුර ra = 8 × 1011 m (4 ගුණයක් වැඩි) වන විට ප්රවේගය va = 10,000 m/s (4 ගුණයක් අඩු) වේ. ස්කන්ධය එලෙසම වේ:
ආදේශ කිරීම:
L = (1 × 1024) × 10,000 × (8 × 1011)
L = (1 × 1024) × (1 × 104) × (8 × 1011)
සුළු කිරීම:
L = (1 × 1 × 8) × 10(24 + 4 + 11)
පිළිතුර: L = 8 × 1039 kg m2 s-1
ලිපිය කියවා අවසන් දරුවන්, ඔන්ලයින් පරීක්ෂණය මෙතැනින් කරන්න.
පරීක්ෂණය ආරම්භ කරන්න