Artikel tentang Hukum Kepler
Masih ingatkah anda kenangan pertama kali menaiki kereta? Apabila berada di dalam kereta yang bergerak, anda melihat seolah-olah pokok atau bangunan sedang bergerak. Pada masa itu, anda mungkin berfikir pokok atau bangunan sedang bergerak, semasa anda dan kereta itu berehat. Malah, anda dan kereta bergerak, semasa pokok atau bangunan itu berehat. Pengalaman gerakan palsu ini sebenarnya dialami setiap hari. Setiap pagi, "matahari terbit" di ufuk timur kemudian bergerak ke barat dan "terbenam" di ufuk barat pada waktu petang.
Begitu juga, pada waktu malam, anda sering melihat bulan bergerak dari timur ke barat. Pernahkah anda terfikir atau meneka bahawa matahari dan bulan bergerak mengelilingi bumi, sementara bumi dalam keadaan rehat?
Sejarah perkembangan astronomi
Manusia yang hidup pada zaman dahulu (awal SM) juga menganggap matahari, bulan, dan jasad cakerawala lain bergerak mengelilingi bumi, sementara bumi dalam keadaan rehat. Dalam erti kata lain, bumi dianggap sebagai pusat alam semesta (geosentrik). Andaian ini berdasarkan pengalaman deria manusia yang terhad, yang setiap hari memerhatikan matahari, bulan, dan bintang bergerak, sementara bumi terasa rehat. Sama seperti berada di dalam kereta yang bergerak, anda melihat seolah-olah pokok atau bangunan bergerak. Andaian bahawa bumi adalah pusat alam semesta telah dikaji dan dibangunkan oleh ahli astronomi Yunani Claudius Ptolemaeus (100-170 Masihi) pada abad kedua Masihi dan dipercayai selama 1400 tahun berikutnya.
Menurut Ptolemy, bumi berada di pusat sistem suria. Matahari dan planet-planet mengelilingi bulatan (gerakan putaran) di mana pusat bulatan ini mengelilingi bumi dalam laluan bulatan (gerakan revolusi).
Pada tahun 1543, ahli astronomi Poland, Nicolaus Copernicus (1473-1543) mencadangkan model heliosentrik, di mana matahari berada di pusat sistem suria. Planet-planet tersebut merangkumi bumi mengelilingi bulatan (gerakan putaran) di mana pusat bulatan ini mengelilingi matahari dalam laluan bulatan (gerakan revolusi). Copernicus mempunyai pemahaman yang lebih maju daripada Ptolemy kerana beliau meletakkan matahari di pusat sistem suria. Walau bagaimanapun, Copernicus masih menggunakan bulatan sebagai satu bentuk gerakan planet.
Perdebatan yang menarik tentang model geosentrik dan heliosentrik menggalakkan ahli astronomi untuk membuat pemerhatian yang lebih teliti. Ahli astronomi pada masa itu memerhatikan jasad angkasa hanya menggunakan mata, tidak menggunakan instrumen seperti teleskop atau teropong bintang. Pada masa itu, teleskop belum dibuat. Teleskop yang boleh digunakan untuk memerhatikan jasad angkasa pertama kali dibuat oleh seorang saintis Itali, Galileo Galilei, pada tahun 1609. Galileo menggunakan teleskop buatannya untuk memerhatikan jasad angkasa dan menggunakan data pemerhatiannya untuk berhujah dengan penyokong model geosentrik.
Seorang ahli astronomi Denmark yang terkenal bernama Tycho Brahe (1546-1601) merupakan ahli astronomi terakhir yang memerhati jasad samawi hanya menggunakan mata. Selepas memerhati dari tahun 1576 hingga 1599, maka Tycho Brahe bekerjasama dengan seorang ahli astronomi Jerman, Johannes Kepler (1571-1630), yang juga seorang ahli matematik. Kepler merupakan pembantu Tycho Brahe. Kerjasama antara Tycho Brahe dan Kepler tidak bertahan lama kerana Tycho Brahe meninggal dunia. Selepas Tycho Brahe meninggal dunia, Kepler menggunakan data astronomi yang diperoleh oleh gurunya dan menghabiskan kira-kira dua puluh tahun hidupnya mencipta model matematik untuk menjelaskan pergerakan planet-planet.
Karya pertama Kepler dalam bidang astronomi bertajuk The Mystery of the Universe diterbitkan pada tahun 1596. Dalam buku itu, beliau mencari penjajaran antara orbit planet mengikut pemerhatian Copernicus dan Tycho Brahe . Tetapi Kepler gagal menemui keharmonian antara model yang dibangunkan oleh Copernicus dan Ptolemy dengan hasil pemerhatian Tycho Brahe. Oleh itu, beliau meninggalkan model Ptolemaik dan Copernicus dan kemudian mencari model baharu. Pada tahun 1609, Kepler mendapati bahawa elips sangat sesuai dengan hasil pemerhatian Tycho Brahe. Kepler tidak lagi menggunakan bulatan sebagai bentuk trajektori jasad cakerawala, tetapi elips.
Hukum Kepler
Hukum ini dikemukakan oleh Kepler, setengah abad sebelum Isaac Newton mencadangkan tiga hukum gerakan dan hukum graviti universal.
Hukum Kepler yang pertama
Laluan setiap planet apabila ia mengelilingi matahari adalah elips, di mana matahari berada pada satu fokus.
F1 dan F2 adalah titik fokus elips. Matahari berada di salah satu titik fokus (contohnya dalam imej yang dipilih F2), planet ini berada pada jarak r2 dari F2 atau r1 dari F1Jika kedudukan planet berubah, r2 dan r1 juga berubah.
Walaupun begitu, r1 + r2 sentiasa sama. Jarak a dipanggil paksi separa major dan 2a dipanggil paksi major. Jarak b dipanggil paksi separa minor dan 2b dipanggil paksi minor. Titik fokus elips terletak pada jarak c dari pusat elips, dengan c2 = a2 + b2.
Bentuk elips ditentukan oleh kesipian (e) elips, dengan e = c / a. Kesipian elips adalah antara 0 hingga 1 (0
Jika planet berada di hujung kiri elips (di sebelah kiri F1 ) maka jarak planet ke matahari ialah a + c. Titik ini dipanggil aphelion. Apabila planet berada pada aphelion, planet berada pada jarak terjauhnya dari matahari. Jika planet berada di hujung kanan elips (di sebelah kanan F2 ) maka jarak planet ke matahari ialah ac. Titik ini dipanggil perihelion. Apabila planet berada pada titik perihelion, planet berada pada jarak terdekat dari matahari.
Hukum kedua Kepler
Garis khayalan yang dilukis dari matahari ke planet ini menyapu kawasan yang sama, untuk selang masa yang sama.
Dalam rajah di bawah, hanya terdapat dua contoh luas, iaitu luas abc dan luas ade. Kedua-dua luas ini mempunyai saiz yang sama. Dalam selang masa yang sama, garis khayalan yang menghubungkan planet dan matahari menyapu luas yang mempunyai magnitud yang sama. Jadi, apabila bergerak dari b ke c (planet berada pada aphelion), kelajuan planet atau planet yang lebih kecil bergerak lebih perlahan. Sebaliknya, apabila bergerak dari d ke e (planet berada pada perihelion), kelajuan planet atau planet yang lebih besar bergerak lebih pantas. Jadi, kadar planet maksimum apabila berada di titik perihelion dan kadar planet minimum apabila berada di titik aphelion.
Hukum Kepler ketiga
Nisbah kuasa dua bagi orbit tempoh sebuah planet melalui kiub daripada the jarak purata planet bersama matahari (T2/r3) adalah malar, dan nilainya adalah sama untuk semua planet. Jika T1 dan T2 nyatakan tempoh dua planet, r1 dan r2 mewakili jarak purata setiap planet dari matahari:
