Рассмотрим теперь движение частицы μ в системе отсчета, вращающейся вокруг центрального тела М с угловой скоростью ω в плоскости и направлении обращения частиц диска, т.е. против часовой стрелки. Как и прежде круговые частицы движутся по круговым орбитам, но направления обращения у них различаются.
Частица с критическим орбитальным радиусом
,
обращающаяся вокруг
M
с той же угловой скоростью, что и сама система отсчёта, в новой системе
покоится. Частицы с меньшим орбитальным радиусом, опережающие систему,
обращаются в ней, как и раньше, против часовой стрелки. Частицы же с орбитальным
радиусом большим критического, отстают от вращения системы, следовательно,
движутся в ней в противоположном направлении – по часовой стрелке. То же самое,
в принципе, верно и в отношении эллиптических частиц. Но при достаточно больших
эксцентриситетах орбит на траекториях эллиптических частиц имеются петли с
обратным движением, на которых частицы временно движутся в направлении,
противоположном направлению их обращения. Будем рассматривать лишь орбиты с
малыми эксцентриситетами, достаточно удалённые от критической. В этом случае
петель обратного движения нет. Траектории эллиптических частиц в отличие от
прежней системы, в общем случае являются незамкнутыми кривыми, расположенными в
кольцевой области между круговыми орбитами афелия и перигелия – радиусов
r2
и r1,
соответственно. Замкнутыми будут лишь резонансные траектории, период обращения
по которым соизмерим с периодом вращения самой системы.
Новая система неинерциальная и законы механики Ньютона к ней неприменимы. Однако, она превращается в таковую после добавления к силе гравитации двух сил инерции, также пропорциональных массе частицы – μ. Первая из этих сил – центробежная сила, направленная радиально от М и численно равная:
Fц.б. = μω2r
Другая сила – сила Кориолиса от положения частицы не зависит, а зависит от ее
скорости в
новой системе отсчета. Эта сила перпендикулярна
,
численно равна
Fкор.
= μ2ω2
и стремится повернуть частицу вправо, если система отсчета вращается против
часовой стрелки (в противном случае - влево).
Центробежная сила потенциальна. Ее удельная потенциальная энергия =
. Сила Кориолиса, направленная перпендикулярно траектории частицы работы не
совершает. Следовательно, в новой системе удельная энергия
является
сохраняющейся величиной:
Выражение «новой» энергии
через
параметры движения Е и
L
старой системы отсчета проще всего найти в точках перигелия или афелия, где
скорости частицы в обоих системах параллельны. Подставляя
,
получим:
Но выражение в скобках - это энергия Е в инерциальной системе, а ωrv = ωL, так как в перигелии и афелии L = rv.
Таким образом, энергия связана
с Е и L
соотношением:
Е/ = Е - ωL (*)
Из этой формулы вытекает важное следствие: в то время как в инерциальной системе
у частиц с равными средними орбитальными радиусами одинаковы и энергии - Е, во
вращающейся системе энергия
больше
у частицы с более вытянутой орбитой, поскольку для нее значение константы
L
меньше.