Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Механика → Гравитационная сила ↓


Законы движения планет Кеплера


В начале XVII века Иоганн Кеплер разработал три фундаментальных закона, описывающих движение планет вокруг Солнца. Эти законы являются одним из краеугольных камней небесной механики и значительно увеличивают наше понимание движения планет. Давайте подробнее изучим эти законы.

Введение в законы Кеплера

Законы Кеплера описывают, как планеты движутся вокруг Солнца. Они основаны на наблюдениях за движением планет, в первую очередь благодаря тщательной работе астронома Тихо Браге. Законы Кеплера улучшили предыдущую модель Солнечной системы, предложенную Николасом Коперником, поскольку они предоставляли более точные предсказания благодаря эллиптическим орбитам, а не круговым.

Первый закон: Закон эллипсов

Первый закон Кеплера называют законом эллипсов. Этот закон утверждает:

"Орбита планеты вокруг Солнца является эллиптической, при этом Солнце находится в одном из двух фокусов."

Давайте проанализируем это:

  • Эллипс — это плоская или вытянутая окружность. У него есть две особые точки, называемые фокусами.
  • На эллиптической орбите планеты один из фокусов занят Солнцем. Другой фокус просто является точкой в пространстве без какого-либо физического объекта.

Чтобы визуализировать эллипсы, рассмотрим следующий пример:

Фокус 1 (Солнце)Фокус 2

На этой диаграмме синий эллипс показывает орбиту планеты. Красные точки — это фокусы. Фокус 1 — это место, где находится Солнце.

Орбита не является идеальным кругом; она удлинена в зависимости от эксцентриситета эллипса, который измеряет, насколько эллипс вытянут. Если эксцентриситет равен нулю, эллипс представляет собой окружность.

Второй закон: Закон равных площадей

Второй закон Кеплера — закон равных площадей. Этот закон гласит:

"Отрезок, соединяющий планету и Солнце, описывает равные площади за равные промежутки времени."

Это означает, что когда планета ближе к Солнцу, она движется быстрее, а когда дальше от Солнца, она движется медленнее. Чтобы понять это, давайте визуализируем орбиту планеты с течением времени:

Фокус 1 (Солнце)Фокус 2

Заштрихованные области A и B равны. Несмотря на то что они представлены разными формами и на разных расстояниях вдоль орбиты, они имеют равную площадь. Поскольку область A охватывается, когда планета ближе к Солнцу, планета перемещается быстрее по этой части орбиты. Напротив, в области B планета дальше от Солнца и движется медленнее.

Концептуально: быстрее, когда ближе к Солнцу, медленнее, когда дальше. Скорость регулируется, чтобы поддерживать постоянное покрытие площади в одно и то же время.

Третий закон: Закон гармонии

Третий закон Кеплера — закон гармонии. Этот закон гласит:

"Квадрат орбитального периода планеты пропорционален кубу большой полуоси ее орбиты."

Математически это можно выразить следующим образом:

T 2 ∝ a 3

Где:

  • T — орбитальный период планеты (время, за которое планета совершает один оборот вокруг Солнца).
  • a — большая полуось эллипса, которая составляет половину самой длинной его диаметра.

Это означает, что планеты, расположенные дальше от Солнца, тратят больше времени на его оборот, и делают это в соответствии с математической зависимостью.

Давайте рассмотрим пример:

Земля: T = 1 год, a = 1 астрономическая единица (AU) Марс: T изменяется, a > 1 AU, но соответствует T 2 ∝ a 3

Этот закон позволяет сравнивать относительные периоды и расстояния планет в Солнечной системе. Если вы знаете период одной планеты, период любой другой планеты можно рассчитать, если известны их большие полуоси.

Историческое значение законов Кеплера

Законы Кеплера произвели революцию в нашем понимании Солнечной системы во многих отношениях. Они предоставили глубокие инсайты, выходящие за рамки круговых орбит древних, которые согласовывались с наблюдениями, но вначале противоречили моделям Птолемея и Коперника. Эти законы также открыли путь для исследований Исаака Ньютона в области гравитации; Ньютон смог теоретически вывести законы Кеплера вместе с собственным законом гравитации.

Применение законов Кеплера

Законы Кеплера применимы во Вселенной и могут наблюдаться везде, где действуют гравитационные силы, особенно там, где задействованы двухтельные системы (одна большая масса и одна очень малая масса). Они используются для предсказания местоположения планет и для отправки космических аппаратов на другие планеты с высокой точностью.

На практике астрономы до сих пор используют законы Кеплера для предсказания орбит в нашей Солнечной системе, включая предсказания астрономических событий, запусков спутников и расчеты, связанные с пониманием экзопланет, вращающихся вокруг далеких звезд.

Заключение

Законы движения планет Кеплера предоставляют важное основание для понимания небесной механики. Вот краткий обзор того, что мы рассмотрели:

  • Первый закон: Планеты вращаются по эллиптическим орбитам с Солнцем в центре.
  • Второй закон: Линия, проведенная от Солнца к планете, описывает равные площади за равные времена, что означает, что планеты движутся быстрее, когда они ближе к Солнцу.
  • Третий закон: Квадрат орбитального периода планеты пропорционален кубу большой полуоси ее орбиты, что дает соотношение между расстоянием от Солнца и орбитальным временем.

Важно понимать эти принципы, потому что они дают представление о движении планет и силах, действующих на них, и помогают понять упорядоченный танец небесных тел во Вселенной.


Десятый класс → 1.4.4


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (1.4.3)
Ускорение свободного падения на разных планетах
Следующий (1.4.5) →
Orbits and satellites

Комментарии 



Законы движения планет Кеплера

https://www.physicsflow.com/g10/1.4.4?pfal=ru