Ejercicio Exercise 2.b - Effective Central Potential Curves · Física I URV Setembre

Tema: Forces centrals i camp gravitatori · Del examen Setembre

Enunciado

Exercise 2. Qualitative Analysis of 1D and Effective Central Potential Curves

Consider the potential energy representations below for a one-dimensional system U(x)U(x) and for the radial motion in a central force field under an effective potential Ueff(r)U_{\text{eff}}(r) (notated as U′(r)U'(r)):

b.

For the radial effective potential U′(r)U'(r) of a particle in a 1/r1/r attractive central potential, classify the type of orbit (geometry and turning points) according to the value of the total mechanical energy: Emec=Emec, minE_{\text{mec}} = E_{\text{mec, min}}, Emec, min<Emec<0E_{\text{mec, min}} < E_{\text{mec}} < 0, Emec=0E_{\text{mec}} = 0, and Emec>0E_{\text{mec}} > 0.

Enunciado: Ejercicio Exercise 2.b - Effective Central Potential Curves · Física I URV Setembre

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

Orbit classification for Emec=Emec, min<0E_{\text{mec}} = E_{\text{mec, min}} < 0

Solución: Stable circular orbit (r=r0r = r_0, zero radial kinetic energy)

Orbit classification for Emec, min<Emec<0E_{\text{mec, min}} < E_{\text{mec}} < 0

Solución: Closed elliptical orbit bounded between periapsis r1r_1 and apoapsis r2r_2

Orbit classification for Emec=0E_{\text{mec}} = 0

Solución: Open parabolic orbit (minimum escape energy to infinity)

Orbit classification for Emec>0E_{\text{mec}} > 0

Solución: Open hyperbolic orbit with a single turning point

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