ランダウ・リフシッツ 力学 §15 問題 3

ランダウ・リフシッツの力学(増補第3版) §15 問題 3 のメモです。

目次

式(14.10)を書き直します: Δφ=2rmaxrminMr2dr2m(EU)M2r2=2Mrmaxrmin2m(EU)M2r2dr 根号の中を書き直します: 2m(E+αrδU)M2r2=2m(E+αr)M2r212mδU2m(E+αr)M2r22m(E+αr)M2r2(1122mδU2m(E+αr)M2r2)=2m(E+αr)M2r2122mδU2m(E+αr)M2r2 これからΔφの積分は次のようになります: Δφ=2Mrmaxrmin[2m(E+αr)M2r2122mδU2m(E+αr)M2r2]dr

0次項

δUについて0次項をΔφ0とすると(この項は本文で既に計算済みですので、その結果を用います) Δφ0=2Mrmaxrmin2m(E+αr)M2r2dr=2rmaxrminMr2dr2m(E+αr)M2r2=2cos1MrmαM2mE+m2α2M2|rmaxrmin =2cos1MrmαMmαM1+2mEm2α2|rmaxrmin =2[cos1MrmaxmαMemαMcos1MrminmαMemαM]=2[cos1Mmα(1e)M2mαMemαMcos1Mmα(1+e)M2mαMemαM]=2[cos1(1)cos1(1)]=2π rmin=p/(1e2), rmax=p/(1+e2)を用いました。

1次項

δφ=2Mrmaxrmin[122mδU2m(E+αr)M2r2]dr=Mrmaxrmin2mδU2m(E+αr)M2r2dr p/r=1+ecosφの関係を使って根号の中を書き直します: 2m(E+αr)M2r2=2mE+2mαp(1+ecosφ)M2p2(1+ecosφ)2=2mEm2α2M2[(1+ecosφ)1]2+m2α2M2=2mEm2α2M2e2cos2φ+m2α2M2=2mEm2α2M2(1+2EM2mα2)cos2φ+m2α2M2=(2mE+m2α2M2)sin2φ=m2α2M2(1+2EM2mα2)sin2φ=M2e2p2sin2φ 一方drpdrr2=esinφdφdr=epr2sinφdφ となります。これらを用いて δφ=Mrmaxrmin2mδU2m(E+αr)M2r2dr=Mπ02mδUM2e2p2sin2φepr2sinφdφ=Mπ02mδUMr2dφ

a)

δφ=Mπ02mβMr2r2dφ=M2mπβM=2mπβM2=2πβpα

b)

δφ=Mπ02mγMr3r2dφ=Mπ02mγMrdφ=Mπ02mγMp(1+ecosφ)dφ=M2m2παγM3=6m2παγM4=6m2παγp2m2α2=6πγp2α