Закони руху планет

1. тестування онлайн матеріал взято з лекції Річарда Фейнмана Історія відкриття
2. Закони руху планет навколо Сонця
3. Чому відбуваються приливи
4. Відкриття швидкості світла
5. відкриття планети

тестування онлайн

матеріал взято з лекції Річарда Фейнмана

Історія відкриття

Коротенько історія його така. Ще древні, спостерігаючи за рухом планет на небі, здогадалися, що всі вони, разом із Землею, "ходять" навколо Сонця. Пізніше, коли люди забули те, про що знали раніше, це відкриття заново зробив Коперник. І тоді виникло нове питання: як саме планети ходять навколо Сонця, яке їх рух? Чи ходять вони по колу і Сонце знаходиться в центрі або вони рухаються по якій-небудь іншій кривій? Як швидко вони рухаються? І так далі.

З'ясувалося це не так скоро. Після Коперника знову настали смутні часи і розгорілися великі суперечки про те, чи ходять планети разом із Землею навколо Сонця або Земля знаходиться в центрі Всесвіту. Тоді людина на ім'я Тихо Браге (Тихо Браге (1546-1601) - данський астроном) придумав, як можна відповісти на це питання. Він вирішив, що потрібно дуже уважно стежити за тим, де з'являються на небі планети, точно це записувати і тоді вже вибирати між двома ворожими теоріями. Це і було початком сучасної науки, ключем до правильного розуміння природи - спостерігати за предметом, записувати всі подробиці і сподіватися, що отримані таким способом відомості послужать основою для того чи іншого теоретичного тлумачення. І ось Тихо Браге, людина багата, який володів островом поблизу від Копенгагена, обладнав свій острів великими бронзовими колами і спеціальними наглядовими пунктами і записував ніч за вночі положення планет. Лише ціною такого важкого праці дістається нам будь-яке відкриття.

Коли всі ці дані були зібрані, вони потрапили в руки Кеплера (Йоганн Кеплер (1571-1630) -німецький астроном і математик, був помічником Браге), який і намагався вирішити, як рухаються планети навколо Сонця. Він шукав рішення методом проб і помилок. Одного разу йому здалося, що він уже отримав відповідь: він вирішив, що планети рухаються по колу, але Сонце лежить не в центрі. Потім Кеплер помітив, що одна з планет, здається Марс, відхиляється від потрібного положення на 8 кутових хвилин, і зрозумів, що отриманий ним відповідь невірна, так як Тихо Браге не міг допустити таку велику помилку. Покладаючись на точність спостережень, він вирішив переглянути свою теорію і в кінці кінців виявив три факти.

Закони руху планет навколо Сонця

Спочатку Кеплер встановив, що планети рухаються навколо Сонця по еліпсам і Сонце знаходиться в одному з фокусів. Еліпс - це крива, про яку знають всі художники, тому що вона являє собою розтягнутий коло. Діти теж знають про нього: їм розповідали, що якщо протягнути в кільце мотузку, закріпити її кінці і вставити в кільце олівець, то він опише еліпс.

Дві точки А і В - фокуси. Орбіта планети - еліпс. Сонце знаходиться в одному з фокусів. Виникає інше питання: як рухається планета по еліпсу? Чи йде вона швидше, коли знаходиться ближче до Сонця? Уповільнює чи рух, віддаляючись від нього? Кеплер відповів і на це питання. Він виявив, що якщо взяти два положення планети розділених один від одного певним проміжком часу, скажімо трьома тижнями, потім взяти іншу частину орбіти і там - теж два положення планети розділені трьома тижнями, і провести лінії (вчені називають їх радіус-векторами) від Сонця до планети, то площа укладена між орбітою планети і парою ліній які відокремлені один від одного трьома тижнями всюди однакова, в будь-якій частині орбіти. А щоб ці площі були однакові, планета повинна йти швидше, коли вона ближче до Сонця, і повільніше, коли вона далеко від нього.

Ще через кілька років Кеплер сформулював третє правило, яке стосувалося, чи не руху однієї планети навколо Сонця, а пов'язувало руху різних планет одна з одною. Воно свідчило, що час повного оберту планети навколо Сонця залежить від величини орбіти і пропорціорціонально квадратному кореню з куба цієї величини. А величиною орбіти вважається діаметр, що перетинає найширше місце еліпса.

Так Кеплер відкрив три закони, які можна звести в один, якщо сказати, що орбіта планети є еліпс - за рівні проміжки часу радіус-вектор планети описує рівні площі і час (період) обертання планети навколо Сонця пропорційно величині орбіти в ступеня три других, т. е. квадратному кореню з куба величини орбіти. Ці три закони Кеплера повністю описують рух планет навколо Сонця.

Тим часом Галілей відкрив великий принцип інерції . Потім настала черга Ньютона, який вирішив, що планеті, що обертається навколо Сонця, не потрібна сила, щоб рухатися вперед; якби ніякої сили не було, планета летіла б по дотичній. Але насправді планета летить не по прямій. Вона весь час виявляється не в тому місці, куди потрапила б, якби летіла вільно, а ближче до Сонця. Іншими словами, її швидкість, її рух відхиляються в сторону Сонця.

Стало ясно, що джерело цієї сили ( сили тяжіння ) Знаходиться десь близько Сонця.

Люди розглядали в телескоп Юпітер з супутниками, що обертаються навколо нього, і їм це нагадувало маленьку Сонячну систему. Все виглядало так, ніби супутники притягуються до Юпітера. Місяць теж обертається навколо Землі і притягується до неї точно таким же чином. Природно, виникла думка, що тяжіння діє всюди. Залишалося лише узагальнити ці спостереження і сказати, що всі тіла притягають одне одного. А значить, Земля повинна притягувати Місяць так само, як Сонце притягує планети. Але відомо, що Земля притягує і звичайні предмети: ви, наприклад, міцно сидите на стільці, хоча вам, може бути, і хотілося б літати по повітрю. Тяжіння предметів до Землі було явищем, добре відомим. Ньютон припустив, що Місяць на орбіті утримують ті ж сили, які притягують предмети до Землі.

Чому відбуваються приливи

По-перше, припливи. Припливи викликані тим, що Місяць сама притягує Землю і її океани. Так думали раніше, але ось що виявилося незрозумілим: якщо Місяць притягує води і піднімає їх над ближньої стороною Землі, то за добу відбувався б лише один прилив - прямо під Місяцем. Насправді ж, як ми знаємо, припливи повторюються приблизно через 12 годин, т. Е. Два рази на добу. Була й інша школа, яка дотримувалася протилежних поглядів. Її прихильники вважали, що Місяць притягує Землю, а вода за нею не встигає. Ньютон першим зрозумів, що відбувається насправді: тяжіння Місяця однаково діє на Землю і на воду, якщо вони однаково віддалені. Але вода в точці у ближче до Місяця, ніж Земля, а в точці х - далі. В у вода притягається до Місяця сильніше, ніж Земля, а в х - слабше. Тому виходить комбінація двох попередніх картинок, яка і дає подвійний приплив.

Фактично Земля робить те ж саме, що і Місяць - вона рухається по колу. Сила, з якою Місяць діє на Землю, врівноважується - але чому? Як Місяць ходить по колу, щоб врівноважити тяжіння Землі, точно так же ходить по колу і Земля. Обидві вони обертаються навколо загального центру, і сили на Землі врівноважені так, що вода в х притягується Місяцем слабше, в у - сильніше і в обох місцях вода спучується. Так були пояснені припливи і чому вони відбуваються двічі на добу.

Відкриття швидкості світла

З розвитком науки вимірювання проводилися всі точніше і підтвердження ньютоновских законів ставали все більш переконливими. Перші точні вимірювання стосувалися супутників Юпітера. Здавалося б, якщо ретельно спостерігати за їх зверненням, то можна переконатися, що все відбувається згідно Ньютону. Однак з'ясувалося, що це не так. Супутники Юпітера з'являлися в розрахункових точках то на 8 хв раніше, то на 8 хв пізніше, ніж мало би бути згідно із законами Ньютона. Виявилося, що вони випереджають графік, коли Юпітер зближується із Землею, і відстають, коли Юпітер і Земля розходяться, - дуже дивне явище.

Ремер (Олаф Ремер (1644-1710) - данський астроном), переконаний в правильності закону тяжіння, прийшов до цікавого висновку, що для подорожі від супутників Юпітера до Землі світла потрібен певний час, і, дивлячись на супутники Юпітера, ми бачимо їх не там , де вони знаходяться зараз, а там, де вони були кілька хвилин тому - стільки хвилин, скільки потрібно світла, щоб дійти до нас. Коли Юпітер ближче до нас, світло приходить швидше, а коли Юпітер далі - світло йде довше; тому Ремер довелося внести поправку в спостереження на цю різницю в часі, тобто врахувати, що іноді ми робимо ці спостереження раніше, а іноді пізніше. Звідси йому вдалося визначити швидкість світла. Так було вперше встановлено, що світло поширюється не миттєво

відкриття планети

Виникла ще одна проблема: планети не повинні рухатися по еліпсам, тому що, згідно із законами Ньютона, вони не тільки притягаються Сонцем, а й притягують один одного - слабо, але все ж притягують, і це злегка змінює їх рух. Вже були відомі великі планети - Юпітер, Сатурн, Уран - і було підраховано, наскільки вони повинні відхилятися від своїх скоєних кеплерівських орбіт-еліпсів за рахунок взаємного тяжіння. Коли ці розрахунки були закінчені і перевірені спостереженнями, виявилося, що Юпітер і Сатурн рухаються в повній згоді з розрахунками, а з Ураном твориться щось дивне. Здавалося б, ще привід засумніватися в законах Ньютона; але головне - не падати духом! Двоє людей, Джон Кауч Адамі (1819-1892) - англійський математик і астроном; Урбен Левер'є (1811-1877) -французький астроном, які виконали ці розрахунки незалежно один від одного і майже одночасно, припустили, що на рух Урана впливає невидима планета. Вони послали листи в обсерваторії з пропозицією: "Зверніть ваш телескоп туди-то і ви побачите невідому планету". "Що за нісенітниця, - сказали в одній з обсерваторій, - якомусь хлопцеві потрапила в руки папір і олівець, і він вказує нам, де шукати нову планету". В іншій обсерваторії дирекція була легше на підйом - і там відкрили Нептун!