المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
تـشكيـل اتـجاهات المـستـهلك والعوامـل المؤثـرة عليـها
2024-11-27
النـماذج النـظريـة لاتـجاهـات المـستـهلـك
2024-11-27
{اصبروا وصابروا ورابطوا }
2024-11-27
الله لا يضيع اجر عامل
2024-11-27
ذكر الله
2024-11-27
الاختبار في ذبل الأموال والأنفس
2024-11-27


Equations of motion of a free test particle  
  
1359   05:06 مساءً   date: 2-2-2017
Author : Heino Falcke and Friedrich W Hehl
Book or Source : THE GALACTIC BLACK HOLE Lectures on General Relativity and Astrophysics
Page and Part : p 140

Equations of motion of a free test particle

1.1 Integrals of motion

Conserved quantities connected with Killing vectors ξ(t ) and ξ(φ) are:

 (1.1)

 (1.2)

As before, = E/m is the specific energy and lz = Lz/m is the specific angular momentum of a particle. A conserved quantity connected with the Killing tensor is

 (1.3)

Quite often, one uses, instead of , another integral of motion, , that is related to it by

 (1.4)

To summarize, the equations of motion of a particle in the Kerr–Newman spacetime allow four integrals of motion, E, Lz ,  (or ), and a trivial one, uμuμ = −1.

1.2 First integrals of the equations of motion

One can express the four components uμ of the velocity as explicit functions of these integrals of motion and coordinates r and θ. As a result one gets the system

 (1.5)

 (1.6)

 (1.7)

 (1.8)

where

 (1.9)

 (1.10)

The signs ± which enter these relations are independent from one another. In the limit a → 0, that is for a non-rotating black hole, these equations coincide with the corresponding equations of motion in the tilted spherical coordinates. In this limit  = l2l2z .

1.3 Bound and unbound motion

The geodesic world line of a particle in the Kerr metric is completely determined by the first integrals of motion , lz, and . Consider  which enters the radial equation of motion as a function of r for fixed values of the other parameters:

 (1.11)

The leading term for large r on the right-hand side is positive if 2 > 1. Only in this case can the motion be infinite. For E2 < 1 the motion is always finite, i.e. the particle cannot reach infinity.

1.4 Effective potential

For a rotating black hole the variety of trajectories becomes wider and their classification is much more. We discuss only some important classes of trajectories.

For studying the qualitative characteristics of the motion of test particles in the Kerr metric it is convenient to use the effective potential. Let us rewrite  as

 (1.12)

where

 (1.13)

 (1.14)

The radial turning points  = 0, see (1.1), are determined by the condition = V±(r), where

 (1.15)

The quantities V± are known as the effective potentials. They are functions of r , the integrals of motion lz and , and the parameters M and a. Actually, these quantities enter V only in the form of the dimensionless combinations r/M, lz/M,  /M 2, and a/M.

The motion of a particle with specific energy %E is possible only in the regions where either V+ or V−. The function for  remains invariant under transformations → −, lz → −lz relating the regions mentioned earlier. In the Schwarzschild geometry, the second region V− is excluded, since, in the exterior of the black hole, ≥ 0 and V< 0. The limiting values of the effective potentials V± at infinity and at the horizon respectively are:

 (1.16)

where ΩH is the angular velocity of the black hole. The effective potentials for non-rotating and rapidly rotating black holes are shown in figure 1.1.

1.5 Motion in the θ-direction

Let us consider the properties of the function Θ which determines the motion of a particle in the θ-direction. Since Θ ≥ 0 the finite motion with 2 < 1 is possible only if  ≥ 0. The orbit is characterized by the value = 0 if and only if it is restricted to the equatorial plane. Non-equatorial finite orbits with θ = constant do not exist in the Kerr metric.

For  = 0, Θ is positive only if 2 > 1. The turning points ±θ0 in the θ-direction are defined by the equation

 (1.17)

This equation implies that |lz| ≤ a. Since in this case all the coefficients which enter  are non-negative, there are no turning points in r. The corresponding motion is infinite. It starts either at infinity and ends at the black hole horizon, or it starts near the black hole horizon and ends at infinity.

For  ≥ 0, there exist both finite as well as infinite trajectories. They intersect the equatorial plane or (for  = 0 and 2 < 1) are entirely situated in it. The particles with  < 0 never cross the equatorial plane and move between two surfaces θ = θ+ and θ = θ .

Figure 1.1. Effective potentials V± for the Kerr metric. The upper plots are for a = 0 (Q = 0 left and Q = 40 right); the lower ones are for a = 0.99 (Q = 0 left and Q = 40 right).




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.