Članak o Keplerov zakon
Sjećate li se još uvijek uspomena na prvu vožnju automobilom? Kada ste u automobilu u pokretu, vidite kao da se drvo ili zgrada pomiče. U tom trenutku biste mogli pomisliti da se drveće ili zgrade pomiču, dok vi i automobil mirujete. U stvari, vi i automobil se krećete, dok drveće ili zgrade miruju. Ovo iskustvo lažnog kretanja se zapravo doživljava svaki dan. Svako jutro, "izlazak sunca" na istočnom horizontu, zatim se pomiče na zapad i "zalazi" na zapadnom horizontu popodne.
Isto tako, noću često vidite mjesec kako se kreće od istoka prema zapadu. Jeste li ikada pomislili ili pretpostavili da se sunce i mjesec kreću oko Zemlje, dok je Zemlja mirovala?
Historija razvoja astronomije
Ljudi koji su živjeli u antici (početak prije nove ere) također su smatrali da se Sunce, Mjesec i druga nebeska tijela kreću oko Zemlje, dok se Zemlja miruje. Drugim riječima, Zemlja se smatra središtem svemira (geocentrično). Ova pretpostavka se zasniva na ograničenom senzornom iskustvu ljudi, koji svakodnevno posmatraju kretanje Sunca, Mjeseca i zvijezda, dok se Zemlja osjeća kao da miruje. Slično kao što ste u automobilu u pokretu, vidite kao da se drveće ili zgrade kreću. Pretpostavku da je Zemlja središte svemira istražio je i razvio grčki astronom Klaudije Ptolomej (100-170. godine nove ere) u drugom vijeku nove ere i vjerovao je u nju narednih 1400 godina.
Prema Ptolomeju, Zemlja se nalazila u centru Sunčevog sistema. Sunce i planete okružuju krug (rotacijsko kretanje) gdje centar ovog kruga okružuje Zemlju po kružnoj putanji (revolucionarno kretanje).
Godine 1543, poljski astronom Nikola Kopernik (1473-1543) predložio je heliocentrični model, u kojem se Sunce nalazi u središtu Sunčevog sistema. Planete uključuju Zemlju koja se okreće oko kruga (rotacijsko kretanje) gdje središte ovog kruga okružuje Sunce po kružnoj putanji (revolucionarno kretanje). Kopernik je imao naprednije razumijevanje od Ptolomeja jer je Sunce smjestio u središte Sunčevog sistema. Ipak, Kopernik i dalje koristi krugove kao oblik planetarnog kretanja.
Uzbudljive debate o geocentričnim i heliocentričnim modelima podstiču astronome na pažljivija posmatranja. Astronomi su u to vrijeme posmatrali nebeska tijela koristeći samo oči, nisu koristili instrumente poput teleskopa ili dvogleda. U to vrijeme teleskop nije bio napravljen. Teleskop koji se može koristiti za posmatranje nebeskih tijela prvi je napravio italijanski naučnik, Galileo Galilei, 1609. godine. Galileo je koristio svoj umjetni teleskop za posmatranje nebeskih tijela i koristio je svoje posmatračke podatke da se raspravlja sa pristalicama geocentričnog modela.
Slavni danski astronom po imenu Tycho Brahe (1546-1601) bio je posljednji astronom koji je posmatrao nebeska tijela koristeći samo oči. Nakon posmatranja od 1576. do 1599. godine, Tycho Brahe je sarađivao s njemačkim astronomom Johannesom Keplerom (1571-1630), koji je također bio matematičar. Kepler je bio Tycho Braheov asistent. Saradnja između Tycha Brahea i Keplera nije dugo trajala jer je Tycho Brahe umro. Nakon Tycho Braheove smrti, Kepler je koristio astronomske podatke koje je dobio od svog učitelja i proveo je oko dvadeset godina svog života stvarajući matematičke modele kako bi objasnio kretanje planeta.
Keplerov prvi rad iz oblasti astronomije pod nazivom "Misterija svemira" objavljen je 1596. godine. U knjizi je tražio poravnanje između planetarnih orbita prema Kopernikovim i Braheovim posmatranjima. Međutim, Kepler nije uspio pronaći sklad između modela koje su razvili Kopernik i Ptolomej s rezultatima Braheovih posmatranja. Stoga je napustio Ptolomejeve i Kopernikanske modele, a zatim tražio nove modele. Godine 1609. Kepler je otkrio da su elipse vrlo pogodne za rezultate Braheovih posmatranja. Kepler više ne koristi krug kao oblik putanje nebeskih tijela, već elipse.
Keplerov zakon
Ovaj zakon je iznio Kepler, pola stoljeća prije nego što je Isaac Newton predložio svoja tri zakona kretanja i zakon univerzalne gravitacije.
Keplerov prvi zakon
Putanja svake planete kada kruži oko Sunca je elipsa, gdje se Sunce nalazi u jednoj žiži.
F1 i F2 su eliptične žarišne tačke. Sunce se nalazi u jednoj od žarišnih tačaka (na primjer, na slici odabranoj F2), planeta je na udaljenosti od r2 od F2 ili r1 od F1Ako se položaj planete promijeni, r2 i r1 također se mijenjaju.
Uprkos tome, r1 + r2 je uvijek isto. Udaljenost a se naziva glavna poluosa, a 2a se naziva glavna osa. Udaljenost b se naziva mala poluosa, a 2b se naziva sporedna osa. Žarišna tačka elipse se nalazi na udaljenosti c od centra elipse, gdje je c2 = a2 + b2.
Oblik elipse određen je ekscentričnošću (e) elipse, gdje je e = c / a. Ekscentričnost elipse kreće se od 0 do 1 (0
Ako se planeta nalazi na lijevom kraju elipse (lijevo od F1 ) , tada je udaljenost planete od Sunca a + c. Ova tačka se naziva afel. Kada je planeta u afelu, planeta je na najvećoj udaljenosti od Sunca. Ako se planeta nalazi na desnom kraju elipse (desno od F2 ) , tada je udaljenost planete od Sunca ac. Ova tačka se naziva perihel. Kada se planeta nalazi u tački perihela, planeta je na najmanjoj udaljenosti od Sunca.
Keplerov drugi zakon
Zamišljena linija koja se povlači od Sunca do planete obuhvata jednake površine, tokom istog vremenskog intervala.
Na slici ispod, postoje samo dva primjera površina, i to površina abc i površina ade. Ove dvije površine imaju istu veličinu. Tokom istog vremenskog intervala, zamišljena linija koja spaja planetu i Sunce prelazi preko površine iste magnitude. Dakle, pri kretanju od b do c (planeta je u afelu), brzina manje planete ili planete se kreće sporije. Naprotiv, pri kretanju od d do e (planeta je u perihelu), brzina veće planete ili planete se kreće brže. Dakle, maksimalna planetarna brzina je kada je u perihelu, a minimalna planetarna brzina kada je u afelu.
Keplerov treći zakon
Odnos kvadrata orbitalni period planete u kocka od the prosječne udaljenosti planete sa sunce (T2/r3) je konstantna, a vrijednost je ista za sve planete. Ako je T1 i T2 navedite period dvaju planeta, r1 i r2 predstavlja prosječnu udaljenost svake planete od Sunca:
