Izpētiet Johannesa Keplera kustības likumus

Saules sistēmas planētas un komētas seko nedaudz eliptiskām orbītām ap Sauli. To pašu dara arī pavadoņi un pavadoņi ap savām planētām. Šī diagramma parāda orbītu formas, lai gan tā nav mērogā. NASA

Viss Visumā ir kustībā. Mēness riņķo ap planētām, tās savukārt ap zvaigznēm. Galaktikās riņķo miljoniem un miljoniem zvaigžņu, un ļoti lielos mērogos galaktikas riņķo milzu kopās. Saules sistēmas mērogā mēs pamanām, ka lielākā daļa orbītu lielākoties ir eliptiskas (sava ​​veida saplacināts aplis). Objektiem, kas atrodas tuvāk savām zvaigznēm un planētām, ir ātrākas orbītas, savukārt attālākiem objektiem ir garākas orbītas.

Pagāja ilgs laiks, līdz debesu novērotāji izdomāja šīs kustības, un mēs par tām zinām, pateicoties renesanses ģēnija darbam. Johanness Keplers (kurš dzīvoja no 1571. līdz 1630. gadam). Viņš skatījās uz debesīm ar lielu ziņkāri un kvēlu vajadzību izskaidrot planētu kustības, kad tās, šķiet, klīst pa debesīm.

Kas bija Keplers?

Keplers bija vācu astronoms un matemātiķis, kura idejas būtiski mainīja mūsu izpratni par planētu kustību. Viņa pazīstamākais darbs ir saistīts ar dāņu astronoma darbu Tiho Brahe (1546-1601). 1599. gadā apmetās Prāgā (toreiz bija Vācijas imperatora Rūdolfa galma vieta) un kļuva par galma astronomu. Tur viņš nolīga Kepleru, kurš bija matemātikas ģēnijs, lai veiktu savus aprēķinus.

Keplers bija studējis astronomiju ilgi pirms iepazīšanās ar Tiho; viņš atbalstīja Kopernika pasaules uzskatu, ka planētas riņķo ap Sauli. Keplers arī sarakstījās ar Galileo par viņa novērojumiem un secinājumiem.

Galu galā, pamatojoties uz savu darbu, Keplers uzrakstīja vairākus darbus par astronomiju, tostarp Jaunā astronomija , Pasaules harmonikas , un Kopernika astronomijas iemiesojums . Viņa novērojumi un aprēķini iedvesmoja vēlākās astronomu paaudzes balstīties uz viņa teorijām. Viņš arī strādāja pie optikas problēmām un jo īpaši izgudroja labāku refrakcijas teleskopa versiju. Keplers bija dziļi reliģiozs cilvēks un kādu laiku savas dzīves laikā ticēja arī dažiem astroloģijas principiem.

Keplera darbietilpīgais uzdevums

Kepleram Tiho Brahe uzdeva analizēt novērojumus, ko Tiho bija izdarījis par planētu Marss. Šie novērojumi ietvēra dažus ļoti precīzus planētas stāvokļa mērījumus, kas nesaskanēja ne ar Ptolemaja mērījumiem, ne ar Kopernika atklājumiem. No visām planētām prognozētajā Marsa stāvoklī bija vislielākās kļūdas, un tāpēc tā radīja vislielāko problēmu. Tycho dati bija labākie pieejamie pirms teleskopa izgudrošanas. Maksājot Kepleram par palīdzību, Brahe greizsirdīgi sargāja savus datus, un Kepleram bieži bija grūti iegūt sava darba veikšanai nepieciešamos skaitļus.

Precīzi dati

Kad Tiho nomira, Keplers varēja iegūt Brahe novērojumu datus un mēģināja saprast, ko tie nozīmē. 1609. gadā, tajā pašā gadā Galilejs Galilejs vispirms pagrieza savu teleskopu pret debesīm, Keplers ieraudzīja, kāda, viņaprāt, varētu būt atbilde. Tiho novērojumu precizitāte bija pietiekami laba, lai Keplers varētu parādīt, ka Marsa orbīta precīzi atbilst elipses formai (iegarena, gandrīz olas formas apļa forma).

Ceļa forma

Viņa atklājums lika Johannesam Kepleram pirmais saprast, ka mūsu Saules sistēmas planētas pārvietojas elipsēs, nevis apļos. Viņš turpināja izmeklēšanu, beidzot izstrādājot trīs planētu kustības principus. Tie kļuva pazīstami kā Keplera likumi, un tie radīja revolūciju planētu astronomijā. Daudzus gadus pēc Keplera, Sers Īzaks Ņūtons pierādīja, ka visi trīs Keplera likumi ir tiešs gravitācijas un fizikas likumu rezultāts, kas regulē spēkus, kas darbojas starp dažādiem masīviem ķermeņiem. Tātad, kādi ir Keplera likumi? Šeit ir īss to apskats, izmantojot terminoloģiju, ko zinātnieki izmanto, lai aprakstītu orbitālās kustības.

Keplera pirmais likums

Pirmais Keplera likums nosaka, ka 'visas planētas pārvietojas pa eliptiskām orbītām ar Sauli vienā fokusā un otrā fokusā tukšu'. Tas attiecas arī uz komētām, kas riņķo ap Sauli. Izmantojot Zemes satelītus, Zemes centrs kļūst par vienu fokusu, bet otrs fokuss ir tukšs.

Keplera otrais likums

Keplera otro likumu sauc par laukumu likumu. Šis likums nosaka, ka 'līnija, kas savieno planētu ar Sauli, vienādos laika intervālos virzās pa vienādiem laukumiem'. Lai saprastu likumu, padomājiet par to, kad satelīts riņķo. Iedomāta līnija, kas to savieno ar Zemi, vienādos laika periodos pāriet vienādos apgabalos. Segmenti AB un CD tiek segti vienādi. Tāpēc satelīta ātrums mainās atkarībā no tā attāluma no Zemes centra. Ātrums ir vislielākais Zemei vistuvākajā orbītas punktā, ko sauc par perigeju, un vislēnākais ir punktā, kas atrodas vistālāk no Zemes, ko sauc par apogeju. Ir svarīgi atzīmēt, ka orbīta, kam seko satelīts, nav atkarīga no tā masas.

Keplera trešais likums

Keplera 3. likumu sauc par periodu likumu. Šis likums attiecas uz laiku, kas nepieciešams, lai planēta veiktu vienu pilnu ceļojumu apkārt Saulei, līdz tās vidējam attālumam no Saules. Likums nosaka, ka “jebkurai planētai tās apgriezienu perioda kvadrāts ir tieši proporcionāls tās vidējā attāluma no Saules kubam”. Piemērots Zemes pavadoņiem, Keplera 3. likums paskaidro, ka jo tālāk satelīts atrodas no Zemes, jo ilgāks laiks būs nepieciešams, lai pabeigtu orbītu, jo lielāks attālums būs jāveic, lai pabeigtu orbītu, un jo mazāks būs tā vidējais ātrums. Vēl viens veids, kā to domāt, ir tas, ka satelīts pārvietojas visātrāk, kad tas atrodas vistuvāk Zemei, un lēnāk, kad tas atrodas tālāk.

RediģējaKerolīna Kolinsa Petersena.