Презентация к уроку астрономии "Законы Кеплера"

Тема урока: Законы Кеплера – законы движения небесных тел

С древнейших времен считалось, что небесные тела движутся по «идеальным кривым» - окружностям.

Геоцентрическая система Птолемея

Клавдий Птолемей

(ок. 90 – ок. 160)

В теории Николая Коперника, создателя гелиоцентрической системы мира, круговое движение также не подвергалось сомнению.

Николай Коперник

Гелиоцентрическая система мира Коперника

(1473–1543)

Наблюдаемое положение планет не соответствовало предвычисленному в соответствии с теорией кругового движения планет вокруг Солнца.

Почему?

В XVII веке ответ на этот вопрос искал немецкий астроном Иоганн Кеплер .

Иоганн Кеплер

(1571–1630 )

Иоганн Кеплер изучал движение Марса по результатам многолетних наблюдений датского астронома Тихо Браге.

Тихо Браге

(1546-1601)

Иоганн Кеплер обнаружил, что орбита Марса не окружность, а эллипс .

Эллипс определяется как геометрическое место точек, для которых сумма расстояний от двух заданных точек (фокусов F1 и F2) есть величина постоянная и равная длине большой оси. Линия, соединяющая любую точку эллипса с одним из его фокусов, называется радиусом-вектором этой точки.

Степень отличия эллипса от окружности характеризует его эксцентриситет , равный

отношению расстояний между фокусами к большой оси:

е = F1F2 / A1A2 .

При совпадении фокусов (е = 0) эллипс превращается 

в  окружность .

Законы Кеплера применимы не только к движению планет, но и к движению их естественных и искусственных спутников.

Первый закон Кеплера:

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

Иллюстрация первого закона Кеплера

на примере движения спутников Земли

Орбиты планет – эллипсы, мало отличающиеся от окружностей, так как их эксцентриситеты малы.

Большая полуось орбиты планеты – это ее среднее расстояние от Солнца.

Среднее расстояние Земли от Солнца принято в астрономии за единицу расстояния и называется астрономической единицей :

1 а.е. = 149 600 000 км.

Ближайшую к Солнцу точку орбиты называют перигелием (греч. пери – возле, около; Гелиос – Солнце), а наиболее удаленную – афелием (греч. апо – вдали).

По эллипсам движутся не только планеты,

но и их естественные и искусственные спутники.

Ближайшая к Земле точка орбиты Луны или искусственного спутника Земли называется перигеем (греч. Гея или Ге – Земля), а наиболее удаленная – апогеем .

Перигей

Апогей

Второй закон Кеплера ( закон равных площадей ):

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

Иллюстрация второго закона Кеплера

на примере движения спутника Земли

Планеты движутся вокруг Солнца неравномерно:

линейная скорость планет вблизи перигелия больше, чем вблизи афелия .

М 2

М 3

М 1

М 4

S

Афелий

Перигелий

У Марса вблизи перигелия скорость равна 26,5 км/с, а около афелия - 22 км/с.

У некоторых комет орбиты настолько вытянуты, что вблизи Солнца их скорость доходит до 500 км/с, а в афелии снижается до 1 см/с.

Третий закон Кеплера:

Квадраты сидерических периодов обращений двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:

Иллюстрация третьего закона Кеплера

на примере движения спутников Земли

Скорости близких к Солнцу планет значительно больше, чем скорости далеких.

Кеплер исследовал движения всех известных в то время планет и эмпирически вывел три закона движения планет относительно Солнца.

Первый закон Кеплера

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

Второй закон Кеплера

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

Третий закон Кеплера

Квадраты сидерических периодов обращений двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Какое расстояние называется астрономической единицей ?

Среднее расстояние Земли от Солнца называется астрономической единицей.

Чему равна одна астрономическая единица ?

1 а.е. = 149 600 000 км

Первый закон Кеплера

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

Второй закон Кеплера

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

Третий закон Кеплера

Квадраты сидерических периодов обращений двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.