Законы движения планет
В начале 17 века немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер вывел три закона движения планет в Солнечной системе. Они были выведены на основании наблюдений за небесными телами, сделанных Браге и другими исследователями космического пространства того времени.
Первый закон Кеплера
Кеплер обратил внимание, что результаты наблюдений Браге расходятся с представлениями о круговой траектории обращения планет вокруг Солнца. Особенно это касалось Марса, чья траектория движения по наблюдения датчанина никак не могла описывать идеальный круг. Браге был очень точен в своих расчетах и сомнений в их правдивости у его последователя не возникло.
Тогда немецкий математик принял орбиты за эллипсы, у каждого из которых есть два фокуса. Это условные точки, выбранные таким образом, что сумма расстояний от них до любой точки эллипса – величина постоянная. При этом для эллиптической орбиты в одном из фокусов находится Солнце.
Форма эллипса вычисляется благодаря отношению фокального расстояния к большой полуоси орбиты. Полученное значение описывает эксцентриситет орбиты. Если он равен нулю – орбита представляет собой идеальную окружность, от нуля до единицы – эллипс различной вытянутости, больше единицы – параболу.
Второй закон Кеплера
Если орбита – это эллипс, то каким образом происходит движение небесного тела по ней? В каких отрезках орбитального пути оно ускоряется и замедляется?
Немецкий ученый обнаружил, что есть взять два любых отрезка орбитального пути, которые планета Солнечной системы проходит за одинаковые промежутки времени, провести от их концов радиус-векторы к центральной звезде, то площади полученных образований будут одинаковы. Это упрощенная формулировка второго закона.
Для того, чтобы постоянство площадей сохранялось, тело должна двигаться в разных точках орбиты с разной скоростью. Так, например, Земля в наибольшем приближении к Солнцу движется быстрее, чем в максимальном удалении от него
Третий закон Кеплера
Третий постулат о движении небесных тел в Солнечной системе как раз касается понятий перигелия и афелия. Если провести между ними условную линию, получится большая ось траектории обращения планеты. Соответственно, половина этого отрезка – большая полуось.
Кеплер на основании наблюдений вывел, что отношение полных оборотов вокруг центральной звезды для двух любых планет системы, возведенных в квадрат, всегда равняется отношению больших полуосей орбитальных путей этих тел, возведенных в куб.
Трудность в доказательстве и принятии трех законов состояла в том, что он вывел их эмпирически. Но в конце 17 века Ньютоном был открыта классическая теория тяготения. Он и помог установить правильность суждений немецкого астронома и описал движение планет по эллипсу вокруг Солнца. Ньютон установил, что кроме массы объекта и его удаления от звезды никакие другие свойства не влияют на гравитационное притяжение.
Также Ньютон внес корректировки и в третий постулат Кеплера. Он открыл, что для соблюдения соотношения необходимо учитывать массу космического объекта. Данная трактовка третьего закона помогает установить массу планеты или спутника, зная величину его орбиты и период обращения.
Законы Иоганна Кеплера помогли установить форму планетарной траектории, вычислить период обращения планет, их скорость и ее изменения по мере приближения и удаления от Солнца. Ученый вывел Землю из ранга особенных астрономических объектов системы и установил, что она подчиняется всем трем законом, как и любая другая планета нашей звездной системы.
Источник
Движение планет вокруг солнца физика
Цель работы: изучение движения тел под действием сил тяготения; проверка третьего закона Кеплера.
На смену геоцентрической системе мира, созданной в начале нашей эры Птолемеем, пришла гелиоцентрическая система, созданная Коперником. Несколько позднее немецкий астроном И. Кеплер на основе астрономических наблюдений установил законы движения планет вокруг Солнца.
Согласно 1-му закону Кеплера любая планета движется вокруг Солнца по замкнутой кривой, которая называется эллипсом (внешне похож на овал). Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса. Эллипс имеет два фокуса: это две такие точки внутри кривой, сумма расстояний от которых до произвольной точки эллипса постоянна. Оказывается, что орбиты всех планет Солнечной системы лежат примерно в одной плоскости. Большинство планет движутся по орбитам-эллипсам, которые близки к окружностям. Лишь Марс и Плутон имеют сравнительно вытянутые орбиты.
Второй закон Кеплера устанавливает, что скорость планеты больше тогда, когда она в своем движении находится ближе к Солнцу (в так называемой точке перигелия) и меньше тогда, когда она находится на наибольшем расстоянии от Солнца (в точке афелия). Третий закон Кеплера устанавливает связь между периодом обращения планеты вокруг Солнца и ее средним расстоянием от Солнца, он применяется ко всему коллективу планет Солнечной системы.
Законы Кеплера получили свое объяснение лишь после открытия законов тяготения. Физические объекты участвуют в гравитационном взаимодействии, т.е. они притягиваются друг к другу. Гравитационное взаимодействие обладает всеобщей универсальностью: ему подвержены все материальные объекты и даже физические поля. Закон всемирного тяготения был открыт И. Ньютоном. Он утверждает, что два неподвижных точечных тела взаимодействуют друг с другом с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, т.е.
 , | (1) |
где γ называют гравитационной постоянной. Этот закон справедлив и для взаимодействия однородных шаров, но в этом случае под r следует понимать расстояние между их центрами.
Рассмотрим движение планеты вокруг Солнца (рис. 1). Планета движется под действием силы F (силы тяготения (1)), которая действует вдоль линии, соединяющей центры тел. Движением Солнца можно пренебречь, так как его масса М гораздо больше массы планеты m. Пусть орбита планеты представляет собой окружность, тогда скорость движения планеты направлена по касательной к этой окружности и перпендикулярно действующей силе. Скорость в этом случае постоянна по величине, поэтому планета движется с центростремительным ускорением. Второй закон Ньютона для этого движения выглядит следующим образом:
Отсюда получаем, что 
. Период обращения планеты вокруг Солнца 
. Выразив из предыдущей формулы v, получаем 
. Возведя правую и левую части этой формулы в квадрат, после преобразований получим:
 . | (2) |
Это и есть третий закон Кеплера, который можно сформулировать следующим образом: отношение куба расстояния от планеты до Солнца к квадрату периода ее обращения вокруг Солнца есть величина постоянная, одинаковая для всех планет Солнечной системы. В случае движения по эллипсу, когда расстояние от планеты до Солнца при движении изменяется, в законе фигурирует некоторое среднее расстояние, т.е. полусумма максимального и минимального расстояний от данной планеты до Солнца. Закон Кеплера справедлив для любой планетной системы, а также для системы спутников какой-либо конкретной планеты, например, для системы спутников Юпитера или Урана. В последнем случае под М в формуле (2) понимается масса соответственно Юпитера или Урана.
Источник
Движение планет вокруг Солнца
Главным образом, движение планет Солнечной системы имеет два направления. Во-первых, происходит вращение планет вокруг Солнца. Во-вторых, одновременно с ним они обращаются вокруг галактического центра.
Гелиоцентрическая система
В глубокой древности верили, что наша планета является центром всего мира. Но со временем люди узнали, что это не так.
Согласно гелиоцентрической системе мира, созданной Николаем Коперником, все планетные тела, в том числе и Земля, совершают оборот по орбитам вокруг Солнца.
Затем большой вклад в развитие астрономии внёс Тихо Браге, наблюдавший за небесными телами.
На основании полученных им результатов, математик Иоганн Кеплер вывел свои знаменитые законы. К тому же, Ньютоном был открыт закон всемирного тяготения. Собственно говоря, эти знания значительно повлияли на представление об эллиптических орбитах космических объектов.
Николай Коперник (1473-1543)
Законы движения планет Иоганна Кеплера
Как известно, всего есть три основных постулата астронома для каждой планеты:
- Она совершает обороты по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
- Небесное тело осуществляет движение в плоскости, которая проходит сквозь солнечный центр. Причем радиус — вектор, соединяющий планету и Солнце, за одинаковые промежутки времени заметает собой равные площади.
- Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет. Что, соответственно, позволяет вычислить скорость планеты и промежуток времени, затрачиваемый на полный оборот вокруг Солнца.
Что важно, периоды обращения по окружности главного светила у каждого планетного тела индивидуальный. Например, Земля совершает его за 365 дней (год), хотя Меркурию на это требуется всего 88 земных дней. В то же время, Юпитер затрачивает 11,9 лет, а Плутон вообще 247,7 лет.
Вдобавок, при этом каждая отдельная планета вращается вокруг своей оси также со своей скоростью.
Иоганн Кеплер (1571-1630)
Движение нижних планет
По характеру перемещения и положения к земной орбите различают нижние или внутренние (Меркурий, Венера) и верхние или внешние (все оставшиеся) планеты.
Между прочим, нижние движутся недалеко от Солнца, и могут располагаться на востоке или западе от него.
Существует, так называемая, элонгация, то есть максимальная угловая отдалённость от центрального светила. Когда планета имеет наибольшую удалённость к востоку — это восточная (вечерняя) элонгация, а к западу — это уже западная (утренняя) элонгация.
Движение планет в направлении с востока на запад называется попятным. При нём происходит сближение с Солнцем. Однако добираясь к западной элонгации, небесное тело замирает и начинает двигаться в обратную сторону. Такое перемещение, как бы догоняющее Солнце, называют прямым.
Собственно, достигнув его, планета оказывается невидимой — верхнее соединение. Проще говоря, в это время между ней и Землёй лежит Солнце, которое закрывает обзор.
Затем небесное тело снова добирается до момента восточной элонгации, опять останавливается и пускается в попятное движение. Таким образом цикл возобновляется.
Элонгация
Движение верхних планет
На самом деле, оно осуществляется по аналогии с внутренними объектами нашей системы. У них соответственно сменяется прямое и попятное перемещение по небесной сфере. Во время нахождения на западе вслед за солнечным заходом, они двигаются прямо, так же как и Солнце. Правда, скорость движения внешних планет меньше его. Но догнав светило — соединяется с ним. После чего, Солнце обгоняет планетный объект и мы наблюдаем его на востоке.
Как итог, планета замедляется и останавливается, а потом начинается попятный процесс. В какой-то момент она попадает в точку на небе, противоположную солнечному расположению. К слову, это называют противостоянием. То есть в это время между центральной звездой и планетой находится Земля.
Между тем, спустя некоторый промежуток времени планета останавливается и вновь меняет своё направление. В принципе, цикл повторяется.
Схема противостояние Марса
Стоит отметить, что положения планетных тел никак не связаны с земным суточным вращением.
Конечно, очень любопытно как небесные тела взаимодействуют между собой, как они перемещаются. Вообще всё, что с ними связано вызывает интерес. Прежде всего потому что наша Земля принимает непосредственное участие в этом. Она также подчиняется законам Вселенной, которые люди пытаются постичь.главное слово-движение планет.
Источник
Движение планет вокруг Солнца
Планеты Солнечной системы
Еще в стародавние времена ученые мужи начали понимать, что не Солнце вращается вокруг нашей планеты, а все происходит с точностью наоборот. Точку в этом спорном для человечества факте поставил Николай Коперник. Польский астроном создал свою гелиоцентрическую систему, в которой убедительно доказал, что Земля не является центром Вселенной, а все планеты, по его твердому убеждению, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Работа польского ученого «О вращении небесных сфер», была издана в немецком Нюрнберге в 1543 году.
До Коперника
Траектория движения в пространстве
Представления о том, как расположены планеты на небосводе первым в своем трактате «Великое математическое построение по астрономии», высказал древнегреческий астроном Птолемей. Он первым предположил, что они совершают свои движения по кругу. Но Птолемей ошибочно считал, что все планеты, а также Луна и Солнце движутся вокруг Земли. До работы Коперника его трактат считался общепринятым как в арабском, так и западном мире.
От Браге до Кеплера
После смерти Коперника его труды продолжил датчанин Тихо Браге. Астроном, являющийся весьма состоятельным человеком, оборудовал принадлежащий ему остров, внушительными бронзовыми кругами, на которые наносил результаты наблюдения за небесными телами. Результаты, полученные Браге, помогли в исследовании математику Иоганну Кеплеру. Движение планет Солнечной системы именно немец систематизировал и вывел три своих знаменитых закона.
От Кеплера до Ньютона
Кеплер впервые доказал, что все 6 известных к тому времени планет двигаются вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсам. Англичанин Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, существенно продвинул представления человечества об эллиптических орбитах небесных тел. Его объяснения, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Луны, оказались убедительными для научного мира.
Вокруг Солнца
Сравнительные размеры крупнейших спутников Солнечной системы и планет Земной группы.
Срок, за который планеты совершают полный оборот вокруг Солнца, естественно различный. У Меркурия, самой ближней к звезде, он составляет 88 земных суток. Наша Земля проходит цикл за 365 дней и 6 часов. Самая крупная в Солнечной системе планета Юпитер завершает свой оборот за 11,9 земных лет. Ну а у Плутона, — наиболее удаленной от Солнца планеты оборот и вовсе составляет 247,7 года.
Следует также учесть, что все планеты в нашей Солнечной системе движутся, не вокруг светила, а вокруг так называемого центра масс. Каждая при этом, вращаясь вокруг своей оси, слегка раскачиваются (подобно юле). К тому же и сама ось может ненамного смещаться.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник