Физика механика лекции и вопросы / OF1_4_Osnovy_nebesnoy_mekhaniki_Osnovy_teorii_t

1.4. Основы небесной механикианики.. Основы теории тяготенияния

1.4.1.Законы Кеплера

1.4.2.Солнечная система

1.4.3.Закон всемирного тяготения. Гравитационные силы

1.4.4.Гравитационная и инертная массы, их эквивалентность

1.4.5.Чёрные дыры

1.4.1. Законы Кеплераа

Кто видел простака из поваров такого,

Который бы вертел очаг вокруг жаркого?

М.В. Ломоносов.

Небесная механика

(Celestial mechanics)

Небесная механика – раздел астрономии, изучающий движения тел Солнечной системы в их общем гравитационном поле. В ряде случаев (в теории движения комет, спутников и др.) кроме гравитационных сил учитываются реактивные силы, давление излучения, сопротивление среды, изменение массы и другие факторы.

Сточки зрения земного наблюдателя планеты движутся по весьма сложным траекториям. Первая попытка создания модели Вселенной была предпринята Птолемеем (~140 г.). В центре мироздания Птолемей поместил Землю, вокруг которой по большим и малым кругам, как в хороводе, двигались планеты и звёзды.

Условное изображение наблюдаемого движения Марса на фоне неподвижных звёзд

Законы Кеплера

(Kepler's laws)

Датский астроном Тихо Брáге (1546-1601) решил, что нужно внимательно следить за тем, где появляются на небе планеты и точно это записывать. Это было началом современной науки, ключом к правильному пониманию природы – наблюдать за предметом, записывать все подробности и надеяться, что полученные таким способом сведения послужат основой для того или иного теоретического истолкования.

Когда все эти данные были собраны, они попали в руки Иоганна Кéплера, который и попытался решить, как движутся планеты вокруг Солнца. Сначала (15 мая 1618 г.) Кеплер установил, что планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, и Солнце находится в одном из фокусов.

Эллипс (овал) – это геометрическое место точек, сумма расстояний которых от двух заданных точек (фокусов) есть величина постоянная.

Памятник Тихо Браге (Tycho Brahe) и Иоганну Кеплеру (Johannes Kepler)

Эллипс

(Ellipse)

Эллипс. Оригинальный рисунок Максвелла

Эллипс

(Ellipse)

Первый закон Кеплера

(Kepler’s 1st law)

Воображаемые траектории, по которым движутся планеты, называются орбитами.

Первый закон Кеплера:

Планеты обращаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце.

По мере движения планеты по эллиптической орбите её расстояние от Солнца непрерывно изменяется. Ближайшую к Солнцу точку орбиты называют перигéлием (P), а наиболее далёкую – афéлием (А). Полусумма перигелийного q и афелийного Q расстояний выражает среднее расстояние планеты от Солнца, равное большой полуоси её орбиты a: Q + q = a

2