Это закон, который часто называют законом площадей, иллюстрируется рисунком 2. Радиус-вектором называют переменный по своей величине отрезок, соединяющий Солнце и ту точку орбиты, в которой находится планета. АА1, ВВ1, СС 1- дуги, которые проходит планета за равные промежутки времени. Площади заштрихованных фигур равны.
Согласно закону сохранения энергии, полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют силы тяготения, остаётся неизменной при любых движениях тел этой системы. Поэтому сумма потенциальной и кинетической энергий планеты, которая движется вокруг Солнца, остаётся неизменной во всех точках орбиты и равна полной энергии. По мере её приближения к Солнцу возрастает скорость - увеличивается кинетическая энергия, но вследствие уменьшения расстояния до Солнца уменьшается энергия потенциальная.
Установив закономерность изменения скорости движения планет, Кеплер задался целью определить, по какой кривой происходит их движение вокруг Солнца. Он был поставлен перед необходимостью сделать выбор одного из двух возможных решений: считать, что орбита Марса представляет собой окружность, и допустить, что на некоторых участках движения планеты вычисленные координаты расходятся с действительными (из-за ошибок наблюдений) на 8’, или считать, что наблюдения таких ошибок не содержат, а орбита планеты не является окружностью. Будучи уверенным в точности наблюдений Тихо Браге, Кеплер выбрал второе решение и 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 называется 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. На рисунке 3 обозначены: O- центр эллипса; S и S1- фокусы эллипса; AB- его большая ось. Половина этой величины (a), которую обычно называют
большой полуосью, характеризует размер орбиты планеты. Ближайшая к Солнцу точка A называется
перигелий, а наиболее удалённая от него точка B-
афелий. Отличие эллипса от окружности характеризуется величиной его эксцентриситета: e = OS/OA. В том случае, когда эксцентриситет равен 0, фокусы и центр сливаются в одну точку- эллипс превращается в окружность.
Примечательно, что книга, в которой в 1609 г. Кеплер первые два открытых им закона, называлась «Новая астрономия, или Физика небес, изложенная в исследованиях планеты Марс…».
Оба этих закона, опубликованные в 1609, раскрывают характер движения каждой планеты по отдельности, что не удовлетворило Кеплера. 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:
Скачать реферат
