
離れた平行線上を質量
と
の2つの質点が逆方向に相対的な速さ
で等速直線運動をしています。 非現実的な設定で恐縮ですが、 2つの質点が最短距離になるまでは互いの重力は作用せず、 最短距離になった瞬間から後ずっと重力が作用するものとします。 次の条件を満たす時、
の質点は重力によって 速さ
で等速円運動を開始します。
このときの公転中心の位置を求めてみましょう。 公転中心は、 2つの質点が最短距離になったときの2つの質点を結ぶ線分上にありそうです。 したがって、 その線分上の
の質点から
離れた点を公転中心であるとし、
を求めることにします。 2つの質点が最短距離になったときの
の質点が受ける重力は次の式で表されます。
速さ
で等速円運動をする
の質点に作用する遠心力は次の式で表されます。
と
は相殺しますので、 次の式が成り立ちます。
これが求めるものですが、 この式より次の式が成り立ちます。

これは、 2つの質点の系の重心の位置を表すものです。 2つの質点の系の重力による質点の公転中心は、 2つの質点の系の重心になっているのです。 このとき重心の
の質点からの距離を
とすると、 次の式が成り立ちます。
は 次のように
から導かれます。
さて、
の質点は速さ
で重心の周りを等速円運動し始めます。
は次の式で表されることを証明してみましょう。
2つの質点が最短距離になったときの
の質点が受ける重力は
の式で表されます。 また、 遠心力は次のようになります。
と
は相殺しますので、 次の式が成り立ちます。

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