Prawa Keplera Wyk. Agata Niezgoda Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Od niemal początku świata ludzkość interesowało niebo Od niemal początku świata ludzkość interesowało niebo. Próbowano wyjaśniać pory roku, interesowano się Słońcem i innymi obiektami znajdującymi się na niebie, próbowano odpowiedzieć na pytanie, jak zbudowany jest Wszechświat.

Tales z Miletu Odpowiedzi było dużo. Tales z Miletu na przykład uważał, że Ziemia jest spłaszczonym dyskiem, który pływa po bezkresnym oceanie, a wokół niego krąży Księżyc, Słońce i pozostałe planety. Wokół planet natomiast obraca się sfera gwiazd.

Pitagoras Pierwszym, który uważał że Ziemia jest kulą był Pitagoras. Jego zdaniem kulę ziemską otacza osiem koncentrycznych, przezroczystych sfer, na których znajdują się gwiazdy.

Arystoteles Kulistość Ziemi jako pierwszy uzasadnił Arystoteles, na podstawie kształtu cienia jaki rzucała Ziemia na tarczę Księżyca podczas zaćmienia Księżyca. Wg Arystotelesa Ziemia otoczona była 55 współśrodkowymi, przezroczystymi sferami, z których ostatnia była sferą gwiazd stałych, czyli gwiazd nie zmieniających położenia na niebie.

Klaudiusz Ptolemeusz Klaudiusz Ptolemeusz natomiast uważał, że środkiem świata jest Ziemia, a wokół niej krążą: Księżyc, Merkury, Wenus, Słońce, Mars, Jowisz, Saturn a za nimi znajduje się sfera gwiazd stałych. Schemat Układu Słonecznego wg Ptolemeusza

Wg Ptolemeusza Księżyc i Słońce obiegały Ziemię po deferentach (deferent to mimośrodowy okrąg, po którym porusza się każde ciało niebieskie, np. Księżyc, Słońce i gwiazdy, obiegając go w czasie 24 godzin. Wg Ptolemeusza każde ciało niebieskie ma swój własny deferent, a niektóre z nich (znane w starożytności planety – Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn) dodatkowo w czasie swojej drogi krążą po dodatkowych epicyklach, których środki krążą po referentach). kierunek ruchu planety planeta deferent epicykl Ruch ciał niebieskich wg Ptolemeusza Źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Geocentric_system.svg/590px-Geocentric_system.svg.png

Teoria geocentrycza Coraz dokładniejsze obserwacje planet obaliły teorię Ptolemeusza. Teorie, które zakładały, że w centrum Wszechświata jest Ziemia nazwane zostały teoriami geocentrycznymi (z gr. geo – Ziemia). Teoria geocentryczna cieszyła się dużym powodzeniem ale nie wszyscy byli jej zwolennikami. Heraklides z Pontu np. tłumaczył zmiany pór dnia ruchem obrotowym Ziemi, a ruch pozostałych planet był wg niego skutkiem ich obiegu wokół Słońca. Arystarch z Samos natomiast przyjął, że ruch Słońca na niebie jest wynikiem ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi i wokół Słońca.

Rewolucja kopernikańska Prawdziwa rewolucja nastąpiła w 1543 roku, kiedy to Mikołaj Kopernik opublikował swoją pracę „De Revolutionibus Orbium Coelestium” (O obrotach sfer niebieskich). Zawarł w niej teorię heliocentryczną budowy Wszechświata (gr. helios - Słońce), czyli Słońce w centrum, wokół niego po orbitach kołowych krążą planety, a cały układ zamyka sfera gwiazd stałych.

Porównanie teorii geocentrycznej i heliocentrycznej Źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/14/Geoz_wb_en.jpg

Teoria Kopernika budziła wiele sprzeciwów, ale w miarę upływu czasu zdobywała coraz więcej zwolenników. Wśród nich znajdował się Galileusz, Tycho de Brahe czy Kepler.

Johannes Kepler kontynuował prace Kopernika porównując wyniki obserwacyjne z obliczeniami teoretycznymi i okazało się, że teoria Kopernika nie do końca była prawdziwa. Wg obliczeń Keplera planety nie poruszają się po okręgach ale po elipsach, w których w jednym z ognisk znajduje się Słońce. Wyniki swoich badań Kepler sformułował w trzech prawach.

I prawo Keplera Planety krążą wokół Słońca po krzywych zamkniętych będących elipsami, przy czym Słońce znajduje się w jednym z ognisk każdej z tych elips. planeta promień wodzący Słońce aphelium peryhelium Orbita planety krążącej wokół Słońca Planety krążąc po elipsie wokół Słońca znajdują się od niego w różnych odległościach. Gdy planeta znajduje się najbliżej Słońca mówimy, że osiągnęła peryhelium, a jak najdalej to aphelium.

II prawo Keplera Promień wodzący planety w jednakowych odstępach czasu zakreśla jednakowe pola powierzchni. Z prawa tego wynika, że prędkość polowa planety jest stała, a jej prędkość liniowa zmienia się wraz z położeniem planety względem Słońca. Największą szybkość ma planeta w okolicy peryhelium, a najmniejszą w okolicach aphelium. Słońce orbita planety

III prawo Keplera Stosunek kwadratu okresu obiegu planety wokół Słońca T i trzeciej potęgi średniej odległości planety od Słońca a jest wielkością stałą, taką samą dla wszystkich ciał Układu Słonecznego:

Bibliografia P. Walczak, G. F. Wojewoda, Fizyka i astronomia, cz. 1, wyd. OPERON, Gdynia 2007

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!!