Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Законы Кеплера и их связь с законами Ньютона
Важную роль в формировании представления о строении Солнечной системы сыграли также законы движения планет, которые были открыты Иоганном Кеплером (1571-1630) и стали первыми естественнонаучными законами в их современном понимании. Работы Кеплера создали возможность для обобщения знаний по механике той эпохи в виде законов динамики и закона всемирного тяготения, сформулированного позднее Ньютоном. Многие ученые вплоть считали, что движение небесных тел должно быть равномерным и происходить по «самой совершенной» кривой- окружности. Лишь Кеплеру удалось преодолеть этот предрассудок и установить действительную формулу планетных орбит, а также закономерность изменения скорости движения планет при их движении вокруг Солнца.
В своих поисках Кеплер исходил из убеждения, что «миром правит число», высказанного ещё Пифагором. Он искал соотношения между различными величинами, характеризующими движение планет, - размеры орбит, период обращения, скорость. Кеплер действовал фактически вслепую, чисто эмпирически. Он пытался сопоставить характеристики движения планет с законами музыкальной гаммы, длиной сторон описанных и вписанных в орбиты планет многоугольников и т. д.
Кеплеру необходимо было построить орбиты планет, перейти от экваториальной системы координат, указывающей положение планеты на небесной сфере, к системе координат, указывающих её положение в плоскости орбиты. Он воспользовался при этом собственными наблюдениями планеты Марс, а также многолетними определениями координат и конфигураций этой планеты, проведенными его учителем Тихо Браге.
Он обнаружил, что скорость движения планеты по орбите меняется, но при этом
радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади.
Впоследствии эта закономерность получила название второго закона Кеплера.
Это закон, который часто называют законом площадей. Радиус-вектором называют переменный по своей величине отрезок, соединяющий Солнце и ту точку орбиты, в которой находится планета.
Кеплер установил, что наилучшим образом положения Марса на орбите совпадают с эллипсом, при этом Солнце не располагается в центре эллипса. В результате был сформулирован закон, который назывался- первым законом Кеплера:
Каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Как известно, эллипсом называется кривая, у которой сумма расстояний от любой точки P до его фокусов есть величина постоянная.
Он продолжил поиски «гармонии» в движении всех планет, и спустя 10 лет ему удалось сформулировать третий закон Кеплера: Квадраты звёздных периодов обращения планет относятся между собой как кубы больших полуосей их орбит.
Формула, выражающая третий закон Кеплера, такова:
A13
=
T12
A23
T12
где T1 и T2- периоды обращения двух планет; А1 и А2 - большие полуоси их орбит.
Законы Кеплера применимы не только к движению планет, но и к движению их естественных и искусственных спутников. Кеплеровские законы были уточнены и объяснены на основе закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном, как было сказано раньше. В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона. В формули -ровке Ньютона законы Кеплера звучит так:
Первый закон: под действием силы тяготения одно небесное тело может двигаться по отношению к другому по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе. Надо сказать, что он справедлив для всех тел, между которыми действует взаимное притяжение.
Формулирование второго закона Кеплера не дана, так как в этом не было необходимости.
Третий закон Кеплера сформулирован Ньютоном так: квадраты сидерических периодов планет, умноженные на сумму масс Солнца и планеты, относятся как кубы больших полуосей орбит планет.