Небесная механика. Законы Кеплера.

Добро пожаловать


Урок астрономии 11класс



Учитель Конюшенко Т.Л.
Сосновская СШ

Небесная механика-

раздел астрономии, изучающий движение космических тел в их общем гравитационном поле с учётом действия давления излучения, сопротивления среды, изменения массы и других факторов. Исследование движения небесных объектов предусматривает установление общих закономерностей движения и определение для произвольного момента времени положения и скорости изучаемого объекта по отношению к избранной системе координат. Опираясь на данные астрометрии, законы классической механики и математические методы исследования, небесная механика определяет траектории и характеристики движения космических тел, значение ряда астрономических постоянных, составление эфемерид, служит теоретической основой космонавтики.

Законы движения планет с давних пор привлекали внимание людей.
Считалось, что орбиты планет круговые.

Три закона движения планет относительно Солнца были выведены эмпирически немецким астрономом Иоганном Кеплером в начале XVII .века.

В результате длительной обработки многолетних наблюдений датского астронома Тихо Браге немецкий астроном и математик Кеплер эмпирически установил три закона планетарных движений.

Иоганн Кеплер
(1571-1630)

Тихо Браге
(1546-1601)

Первый закон Кеплера

Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Основные характеристики орбит планет.

F, F'-фокусы орбиты
а – длина большой полуоси
е – эксцентриситет (сжатие)
А – афелий , Р – перигелий
r¯- радиус-вектор планеты

Эксцентриситет характеризует степень вытянутости эллипса.
Эксцентриситеты
орбит планет невелики.
Наименьший
эксцентриситет имеет
орбита Венеры (е=0,007),
Наибольший –
орбита Плутона (е=0,247)

Большая полуось орбиты Земли принята за астрономическую единицу.
1 а.е.=150 000 000 км.

Следствие
Планеты могут находиться на разных
расстояниях от Солнца.

Зимой
Земля ближе к Солнцу,



а летом – дальше.

Второй закон Кеплера

Радиус-вектор планеты описывает за равные промежутки времени равные площади.

Следствие
Планеты по орбите
движутся не равномерно:
В перигелии
скорость планеты наибольшая,
в афелии -наименьшая.

Третий закон Кеплера

Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Следствие
Чем дальше находится
планета от Солнца,
тем больше её
период обращения.


Меркурий 88 суток



Плутон 249 лет

Для Земли
Т=1звёздный год,
а=1 а.е.,

Поэтому Т2=а3
для любой планеты.

Картина мира по Кеплеру

Теоретическое обоснование законов Кеплера предложил И. Ньютон, открывший в 1682 г. закон всемирного тяготения.

Применение

Теория движения планет, изложенная Кеплером полностью применима к движению искусственных спутников Земли и космических кораблей.

Возмущения движения планет

Движение планет по строго эллиптическим орбитам происходит только под действием притяжения одного тела –Солнца. Однако любая планета испытывает притяжение со стороны других планет, спутников планет , любых других планет, обладающих массой, поэтому её движение подчиняется законам Кеплера неточно.
В результате этого возникают отклонения от эллиптической траектории, которая называется возмущениями.

Из планет наибольшие возмущения в движении тел Солнечной системы вызывает Юпитер. При прохождении вблизи Юпитера астероидов и комет возникают заметные отклонения. Например, если ускорение планеты, вызванное притяжением Юпитера, будет направлено в ту сторону, в которую направлено её ускорение к Солнцу, комета может развить такую большую скорость, что, двигаясь по гиперболе, навсегда уйдет из Солнечной системы.
В противоположном случае – притяжение Юпитера сдерживает комету, её орбита меняется, а период обращения резко уменьшается.

Спасибо за внимание!