Die Beschleunigung ist in kartesischen Koordinaten
| (G.1) |
Wir verwenden die Beziehungen
x = | r sin(θ) cos(ϕ) | (G.2) |
y = | r sin(θ) sin(ϕ) | (G.3) |
z = | r cos(θ) | (G.4) |
und leiten sie zweimal ab. Wir erhalten aus
ẋ = | ṙ sin(θ) cos(ϕ) + r cos(θ) cos(ϕ) - r sin(θ) sin(ϕ) | ||
ẏ = | ṙ sin(θ) sin(ϕ) + r cos(θ) sin(ϕ) + r sin(θ) cos(ϕ) | ||
ż = | ṙ cos(θ) - r sin(θ) |
die Gleichungen
und
sowie
= | cos(θ) -ṙ sin(θ) | (G.7) | |
-ṙ sin(θ) - r cos(θ)2 - r sin(θ) | |||
= | cos(θ) - 2ṙ sin(θ) - r cos(θ) - r sin(θ) |
Wir setzen in die Gleichung G.1 die Gleichungen G.8, G.9, G.10, G.5, G.6 und G.7 ein und ordnen nach r, θ und ϕ.
= | ẍx + ýy + z | (G.8) | |
= | ẍ | ||
+ ý | |||
+ | |||
= | r | ||
+ θ | |||
+ ϕ |
Der Übersichtlichkeit halber berechnen wir nun die drei Komponenten r, θ und ϕ getrennt. Wir beginnen mit r.
und
aθ = | ẍ cos(θ) cos(ϕ) + ý cos(θ) sin(ϕ) -sin(θ) | (G.11) | |
= | |||
cos(θ) cos(ϕ) | |||
+ | |||
cos(θ) sin(ϕ) | |||
- sin(θ) | |||
= | |||
+ 2ṙ | |||
+ 2ṙ | |||
+ r2 | |||
+ 2r | |||
+ r | |||
+ r2 | |||
+ r | |||
= | |||
+ 2ṙ | |||
+ r2 | |||
+ r | |||
+ r2 | |||
= | |||
+ 2ṙ | |||
+ r2 | |||
+ r | |||
- r2 | |||
= | 2ṙ + r- r sin(θ) cos(θ)2 |
und schliesslich
aϕ = | -ẍ sin(ϕ) + ý cos(ϕ) | (G.12) | |
= | - | ||
sin(ϕ) | |||
+ | |||
cos(ϕ) | |||
= | |||
+ 2ṙ | |||
+ 2ṙ | |||
+ r2 | |||
+ 2r | |||
+ r | |||
+ r2 | |||
+ r | |||
= | + 2ṙ | ||
+ 2r | |||
+ r | |||
= | + 2ṙ sin(θ) + 2r cos(θ) + rsin(θ) | ||
= | sin(θ) + 2r cos(θ) |
Zusammenfassend haben wir
= | arr + aθθ + aϕϕ | (G.13) | |
= | r | ||
+ θ | |||
+ ϕ |
Wir teilen die Beschleunigung in drei Komponenten auf
| (G.14) |
Dies ist in der angegebenen Reihenfolge die Parallelbeschleunigung, die den Betrag der Geschwindigkeit erhöht, die Zentripetalbeschleunigung und die Coriolis-Beschleunigung.
Im Einzelnen haben wir
p | = r + r θ + r sin(θ) ϕ | (G.15) |
z | = -rr - r sin(θ) cos(θ)2 θ | (G.16) |
c | = 2ṙθ + 2ϕ | (G.17) |