Исходный код вики Законы Кеплера

Редактировал(а) Dmitry Fedin 2018/10/19 11:41
Последние авторы
1 {{toc/}}
2
3 = Законы Кеплера =
4
5 **Зако́ны Ке́плера**(% style="font-size: 13px; font-style: normal; " %) — три эмпирических соотношения, интуитивно подобранных (%%) Иоганном Кеплером(% style="font-size: 13px; font-style: normal; " %) на основе анализа астрономических наблюдений Тихо Браге. Описывают идеализированную гелиоцентрическую орбиту планеты. В рамках классической механики выводятся из решения задачи[[ >>url:http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D0%B4%D0%B2%D1%83%D1%85_%D1%82%D0%B5%D0%BB||style="color: rgb(11, 0, 128); background-image: none; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; font-size: 13px; font-style: normal; " title="Задача двух тел"]](%%)двух тел(% style="font-size: 13px; font-style: normal; " %) предельным переходом [[image:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/math/0/2/7/0271cbc3a02561a58d919aecb18029ab.png||alt="m_p" class="tex" style="border-top-style: none; border-right-style: none; border-bottom-style: none; border-left-style: none; border-width: initial; vertical-align: middle; font-size: 13px; font-style: normal; "]]/[[image:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/math/e/c/b/ecb2443d58845a3a591b4aa0a3439b76.png||alt="m_S" class="tex" style="border-top-style: none; border-right-style: none; border-bottom-style: none; border-left-style: none; border-width: initial; vertical-align: middle; font-size: 13px; font-style: normal; "]] → 0, где [[image:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/math/0/2/7/0271cbc3a02561a58d919aecb18029ab.png||alt="m_p" class="tex" style="border-top-style: none; border-right-style: none; border-bottom-style: none; border-left-style: none; border-width: initial; vertical-align: middle; font-size: 13px; font-style: normal; "]], [[image:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/math/e/c/b/ecb2443d58845a3a591b4aa0a3439b76.png||alt="m_S" class="tex" style="border-top-style: none; border-right-style: none; border-bottom-style: none; border-left-style: none; border-width: initial; vertical-align: middle; font-size: 13px; font-style: normal; "]] — массы планеты и Солнца.(%%)
6
7
8 (% style="background-image: none; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; margin-top: 0px; margin-bottom: 0.6em; overflow-x: hidden; overflow-y: hidden; padding-top: 0.5em; padding-bottom: 0.17em; border-bottom-color: rgb(170, 170, 170); font-size: 19px; font-style: normal; line-height: 19px; " %)
9 = (% class="mw-headline" id=".D0.9F.D0.B5.D1.80.D0.B2.D1.8B.D0.B9_.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D0.9A.D0.B5.D0.BF.D0.BB.D0.B5.D1.80.D0.B0_.28.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D1.8D.D0.BB.D0.BB.D0.B8.D0.BF.D1.81.D0.BE.D0.B2.29" %)Первый закон Кеплера (закон эллипсов)(%%) =
10
11
12
13 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
14 (% class="em" style="font-weight: bold; " %)Все планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
15
16 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
17 На рис. 1.24.2 показана эллиптическая орбита планеты, масса которой много меньше массы Солнца. Солнце находится в одном из фокусов эллипса. Ближайшая к Солнцу точка(% class="m" style="font-style: italic; " %)P(%%) траектории называется (% class="em" style="font-weight: bold; " %)перигелием(%%), точка (% class="m" style="font-style: italic; " %)A(%%), наиболее удаленная от Солнца – (% class="em" style="font-weight: bold; " %)афелием(%%). Расстояние между афелием и перигелием – большая ось эллипса.
18
19 (% align="center" cellpadding="5" style="font-family: Times; " width="1" %)
20 |(% style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(((
21 (% style="text-align:center" %)
22 [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph24/images/1-24-2.gif]]
23 )))
24 |(% align="CENTER" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% align="justify" class="caption" style="font-family: Times; font-size: 14px; " %)
25 (((
26 Рисунок 1.24.2.Эллиптическая орбита планеты массой (% class="m" style="font-style: italic; " %)m(%%) << (% class="m" style="font-style: italic; " %)M(%%). (% class="m" style="font-style: italic; " %)a(%%) – длина большой полуоси, (% class="m" style="font-style: italic; " %)F(%%) и (% class="m" style="font-style: italic; " %)F'(%%) – фокусы орбиты
27 )))
28
29 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
30 Почти все планеты Солнечной системы (кроме Плутона) движутся по орбитам, близким к круговым.
31
32 (% style="background-image: none; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; margin-top: 0px; margin-bottom: 0.6em; overflow-x: hidden; overflow-y: hidden; padding-top: 0.5em; padding-bottom: 0.17em; border-bottom-color: rgb(170, 170, 170); font-size: 19px; font-style: normal; line-height: 19px; " %)
33 = (% class="mw-headline" id=".D0.92.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.BE.D0.B9_.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D0.9A.D0.B5.D0.BF.D0.BB.D0.B5.D1.80.D0.B0_.28.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D0.BF.D0.BB.D0.BE.D1.89.D0.B0.D0.B4.D0.B5.D0.B9.29" %)Второй закон Кеплера (закон площадей)(%%) =
34
35
36 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
37 (% class="em" style="font-weight: bold; " %)Радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки времени равные площади.
38
39 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
40 Рис. 1.24.3 иллюстрирует 2-й закон Кеплера.
41
42
43
44 (% align="center" cellpadding="5" style="font-family: Times; " width="1" %)
45 |(% style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(((
46 (% style="text-align:center" %)
47 [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph24/images/1-24-3.gif]]
48 )))
49 |(% align="CENTER" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% align="center" class="caption" style="font-family: Times; font-size: 14px; " %)
50 (((
51 Рисунок 1.24.3.Закон площадей – второй закон Кеплера
52 )))
53
54 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
55 Второй закон Кеплера эквивалентен закону сохранения момента импульса. На рис. 1.24.3 изображен вектор импульса тела [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790205-1.gif||align="middle"]] и его составляющие [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790205-2.gif||align="middle"]] и [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790215-3.gif||align="middle"]] Площадь, заметенная радиус-вектором за малое время Δ(% class="m" style="font-style: italic; " %)t(%%), приближенно равна площади треугольника с основанием (% class="m" style="font-style: italic; " %)r(%%)Δθ и высотой (% class="m" style="font-style: italic; " %)r(%%):
56
57 (% align="center" border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" %)
58 |(% align="center" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% class="formula" %)[[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790235-4.gif||align="middle"]]
59
60 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
61 Здесь [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790235-5.gif||align="middle"]] – угловая скорость.
62
63 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
64 Момент импульса (% class="m" style="font-style: italic; " %)L(%%) по абсолютной величине равен произведению модулей векторов [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790315-6.gif||align="middle"]] и [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790315-7.gif||align="middle"]]
65
66 (% align="center" border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" %)
67 |(% align="center" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(((
68 (% align="justify" style="margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
69 [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790325-8.gif||align="middle"]] так как [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790325-9.gif||align="middle"]]
70 )))
71
72 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
73 Из этих отношений следует:
74
75 (% align="center" border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" %)
76 |(% align="center" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% class="formula" %)[[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790325-10.gif||align="middle"]]
77
78 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
79 Поэтому, если по второму закону Кеплера [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790335-11.gif||align="middle"]] то и момент импульса (% class="m" style="font-style: italic; " %)L(%%) при движении остается неизменным.
80
81 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
82 В частности, поскольку скорости планеты в перигелии [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790335-12.gif||align="middle"]] и афелии [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790345-13.gif||align="middle"]] направлены перпендикулярно радиус-векторам [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790345-14.gif||align="middle"]] и [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790345-15.gif||align="middle"]] из закона сохранения момента импульса следует:
83
84 (% align="center" border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" %)
85 |(% align="center" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% class="formula m" style="font-style: italic; " %)r,,P,,(% class="formula" %)υ(% class="formula m" style="font-style: italic; " %),,P,,(% class="formula" %) = (% class="formula m" style="font-style: italic; " %)r,,A,,(% class="formula" %)υ(% class="formula m" style="font-style: italic; " %),,A,,(% class="formula" %).
86
87 (% style="background-image: none; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; margin-top: 0px; margin-bottom: 0.6em; overflow-x: hidden; overflow-y: hidden; padding-top: 0.5em; padding-bottom: 0.17em; border-bottom-color: rgb(170, 170, 170); font-size: 19px; font-style: normal; line-height: 19px; " %)
88 = (% class="mw-headline" id=".D0.A2.D1.80.D0.B5.D1.82.D0.B8.D0.B9_.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D0.9A.D0.B5.D0.BF.D0.BB.D0.B5.D1.80.D0.B0_.28.D0.B3.D0.B0.D1.80.D0.BC.D0.BE.D0.BD.D0.B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B8.D0.B9_.D0.B7.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD.29" %)Третий закон Кеплера (гармонический закон)(%%) =
89
90
91 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
92 (% class="em" style="font-weight: bold; " %)Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:
93
94 [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790355-16.gif||align="middle" style="font-style: normal; font-size: 16px; color: rgb(68, 68, 68); line-height: 22px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 206); "]] или (% style="color: rgb(68, 68, 68); font-size: 16px; font-style: normal; line-height: 22px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 206); " %)[[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/javagifs/63229980790365-17.gif||align="middle" style="font-style: normal; font-size: 16px; color: rgb(68, 68, 68); line-height: 22px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 206); "]]
95
96
97 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
98 Третий закон Кеплера выполняется для всех планет Солнечной системы с точностью выше 1 %.
99
100 (% align="justify" style="font-family: Times; font-size: 16px; font-style: normal; line-height: normal; margin-top: 5px; margin-bottom: 10px; " %)
101 На рис. 1.24.4 изображены две орбиты, одна из которых – круговая с радиусом (% class="m" style="font-style: italic; " %)R(%%), а другая – эллиптическая с большой полуосью (% class="m" style="font-style: italic; " %)a(%%). Третий закон утверждает, что если (% class="m" style="font-style: italic; " %)R(%%) = (% class="m" style="font-style: italic; " %)a(%%), то периоды обращения тел по этим орбитам одинаковы.
102
103 (% align="center" cellpadding="5" style="font-family: Times; " width="1" %)
104 |(% style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(((
105 (% style="text-align:center" %)
106 [[image:http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph24/images/1-24-4.gif]]
107 )))
108 |(% align="CENTER" style="font-size: 16px; font-family: times; " %)(% align="justify" class="caption" style="font-family: Times; font-size: 14px; " %)
109 (((
110 Рисунок 1.24.4.Круговая и эллиптическая орбиты. При (% class="m" style="font-style: italic; " %)R(%%) = (% class="m" style="font-style: italic; " %)a(%%) периоды обращения тел по этим орбитам одинаковы
111 )))
112
113 = Ссылки =
114
115 1. Википедия - свободная энциклопедия [[ru.wikipedia.org>>url:http://ru.wikipedia.org]]
116
117 = Автор =
118
119 Шкурко В.И.
120
121 группа 2-ТМ-55