1. Pedal equation and Kepler kinematics
- Author
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Nathan, Joseph Amal
- Subjects
Planets, Theory of -- Research ,Kinematics -- Research ,Equations -- Research ,Physics - Abstract
Kepler's laws are an appropriate topic to highlight the significance of the pedal equation in physics. There are several articles that obtain Kepler's laws through conservation and gravitation laws. This can be shown more easily and ingeniously if one uses the pedal equation of an ellipse. In fact, the complete kinematics of a particle in an attractive central force field can be derived from one single pedal form. Though many articles use the pedal equation, the classical procedure (without proof) for obtaining the pedal equation is mentioned only in a few because the classical derivations can sometimes be lengthier and are not simple. In this paper, using elementary physics, we derive the pedal equation for all conic sections in a unique, short, and pedagogical way. Later, from the dynamics of a particle in the attractive central force field, we deduce the single pedal form, which elegantly describes all the possible trajectories. Also, for the purpose of completeness, we derive Kepler's laws. Key words: pin and string construction of conics, pedal equation, central force field, conservation laws, trajectories and Kepler laws. Les lois de Kepler constituent un sujet approprie pour faire ressortir la pertinence de l'equation podaire en physique. Il y a plusieurs articles qui obtiennent les lois de Kepler comme consequence de lois de conservation et de gravite. Ce resultat peut s'obtenir de facon plus facile et plus ingenieuse en utilisant l'equation podaire de l'ellipse. En fait, la cinematique complete d'une particule dans un champ de force central peut etre obtenue d'une simple formule podaire. Meme si bon nombre d'articles utilisent l'equation podaire, seulement quelques uns presentent la procedure classique pour obtenir (sans preuve) l'equation podaire. La raison est probablement que cette procedure est longue et pas simple. Notre but ici est d'utiliser des arguments physiques simples pour obtenir l'equation podaire pour toutes les sections coniques d'une facon courte, simple et pedagogique. Par la suite, a partir de la dynamique de la particule dans le champ de force central, nous deduisons la forme podaire simple qui decrit de facon elegante toutes les trajectoires possibles. Pour etre plus complets, nous obtenons ensuite les lois de Kepler. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : construction de coniques a l'aide de punaises et de cordelettes, equation podaire, champ de force central, lois de conservation, trajectoires et lois de Kepler., 1. Introduction The accurate observations of Tycho Brahe and the discovery of the three laws by Johannes Kepler using them, can be considered the epitome of observational science. Kepler, after [...]
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- 2021
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