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Up 移動方程式の行程 作成: 2022-09-20
更新: 2022-10-08


    自転球体上の移動は,カオス力学の謂う「カオス」になる。
    自転球体上の移動の追跡は,「解析」を方法にすることはできない。
    これは,区分求積で求めるのみとなる:

      初期設定
      Px(0)=P0xPy(0)=P0yPz(0)=P0z vx(0)=v0xvy(0)=v0yvz(0)=v0z
      tt+Δt
      Px(t+Δt)=Px(t)vx(t) cos(sin1(Pz(t)R )) ΔtPy(t+Δt)=Py(t)+vy(t) cos(sin1(Py(t)R )) ΔtPz(t+Δt)=Pz(t)+vz(t) cos(sin1(Pz(t)R )) Δt vx(t+Δt)=vx(t)+ax(t) Δtvy(t+Δt)=vy(t)+ay(t) Δtvz(t+Δt)=vz(t)+az(t) Δt

    ここで注意しなければならないのは, P(t), v(t) から P(t+Δt)v(t+Δt) を計算する上式は,座標が (P(t),v(t))-座標だということである。
    P(t+Δt), v(t+Δt) から P((t+Δt)+Δt)v((t+Δt)+Δt) を計算するときの座標は,(P(t+Δt),v(t+Δt))-座標になる。


    こうして,区分求積の [t, t+Δt] 区間での作業手順は,つぎのようになる:
    1. P(t), v(t) の固定座標から開始
    2. (P(t),v(t))-回転角 α(t) を求める
    3. P(t), v(t) の固定座標を (P(t),v(t))-座標に変換
    4. P(t), v(t) に対する加速度 a(t)(P(t),v(t))-座標で計算
    5. P(t+Δt)(P(t),v(t))-座標で計算
    6. v(t+Δt)(P(t),v(t))-座標で計算
    7. P(t+Δt), v(t+Δt)(P(t),v(t))-座標を固定座標に変換

    各ステップの中身は,以下の通り:


    1. P(t), v(t) の固定座標から開始

    P(t)=(Pˆx(t), Pˆy(t), Pˆz(t))v(t)=(vˆx(t), vˆy(t), vˆz(t))

    2. (P(t),v(t))-回転角 α(t) を求める

    Pˆz=0 α=sin1(PˆyR) Pˆz>0 α=sin1(AA2+B2)Pˆz<0 α=sin1(AA2+B2) ここで A=P2ˆx vˆyPˆx Pˆy vˆxR2 vˆyB=Pˆx Pˆy vˆyP2ˆy vˆx+R2 vˆx

    3. P(t), v(t) の固定座標を (P(t),v(t))-座標に変換

    Px(t)=Pˆx(t) cos(α(t))+Pˆy(t) sin(α(t))Py(t)=Pˆx(t) sin(α(t))+Pˆy(t) cos(α(t))Pz(t)=Pˆz(t) vx(t)=vˆx(t) cos(α(t))+vˆy(t) sin(α(t))vy(t)=vˆx(t) sin(α(t))+vˆy(t) cos(α(t))vz(t)=vˆz(t)

    4. P(t), v(t) に対する加速度 a(t)(P(t),v(t))-座標で計算

    つぎのようにおく: a(t)=(ax(t), ay(t), az(t))v(t)=|v(t)|
    (1) Px=R, Py=Pz=0, vx=vz=0 の場合
       ── S が赤道の場合
      ax(t)=v(t)2R+RΩ2ay(t)=0az(t)=0
    (2) Py=0, vy=0 の場合
       ── S が経線の場合
      ax(t)=v(t)2R2 Px(t)+Ω2 Px(t)ay(t)=0az(t)=v(t)2R2 Pz(t)
    (3) Px=R, Py=Pz=0 の場合
       ── P が赤道にある場合
      ax(t)=v(t)2R +RΩ2ay(t)=0az(t)=0

    (4) 上のいずれでもない場合
      ax(t)=v(t)2R2 Px(t)+Ω2 Px(t)ay(t)=v(t)2R2 Py(t)+Ω2 Py(t)az(t)=v(t)2R2 Pz(t)


    5. P(t+Δt)(P(t),v(t))-座標で計算

    (1) P(t)x=R, P(t)y=P(t)z=0, v(t)x=v(t)z=0 の場合
       ── S が赤道の場合
      P(t+Δt)x=R cos(v(t) ΔtR)P(t+Δt)y=R sin(v(t) ΔtR)P(t+Δt)z=0

    (2) P(t)y=0, v(t)y=0 の場合
       ── S が経線の場合
      P(t+Δt)x=P(t)x cos(v(t) ΔtR)P(t)z sin(v(t) ΔtR)P(t+Δt)y=0P(t+Δt)z=P(t)z cos(v(t) ΔtR)+P(t)x sin(v(t) ΔtR)

    (3) P(t)x=R, P(t)y=P(t)z=0 の場合
       ── P が赤道上にある場合
      P(t+Δt)y=R v(t)yv (sin(v(t) ΔtR)) P(t+Δt)z=R v(t)zv (sin(v(t) ΔtR)) 

    (4) 上のいずれでもない場合
      P(t+Δt)x=P(t)x cos(v(t) ΔtR)R2P(t)2x    sin(v(t) ΔtR)P(t+Δt)y=P(t)y cos(v(t) ΔtR)+P(t)x P(t)yR2P(t)2x    sin(v(t) ΔtR)P(t+Δt)z=P(t)z cos(v(t) ΔtR)+P(t)z P(t)xR2P(t)2x    sin(v(t) ΔtR)


    6. v(t+Δt)(P(t),v(t))-座標で計算

      vx=v(t)x+a(t)x Δtvy=v(t)y+a(t)y Δtvz=v(t)z+a(t)z Δt
      v=vx2+vy2+vz2θ=sin1(P(t+Δt)x vx+P(t+Δt)y vy+P(t+Δt)z vzR v  )
      v(t+Δt)x=vx cos(θ)v(t+Δt)y=vy cos(θ)v(t+Δt)z=vz cos(θ)


    7. P(t+Δt), v(t+Δt)(P(t),v(t))-座標を固定座標に変換

    P(t+Δt)ˆx=P(t+Δt)x cos(α)P(t+Δt)y sin(α)P(t+Δt)ˆy=P(t+Δt)x sin(α)+P(t+Δt)y cos(α)P(t+Δt)ˆz=P(t+Δt)z v(t+Δt)ˆx=v(t+Δt)x cos(α)v(t+Δt)y sin(α)v(t+Δt)ˆy=v(t+Δt)x sin(α)+v(t+Δt)y cos(α)v(t+Δt)ˆz=v(t+Δt)z