Średnia odległość planety od Słońca i III prawo Keplera



Podobne dokumenty
cz.1 dr inż. Zbigniew Szklarski

ĆWICZENIE 5. Badanie przekaźnikowych układów sterowania

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

dr inż. Zbigniew Szklarski

dr inż. Zbigniew Szklarski

PRACA MOC ENERGIA. Z uwagi na to, że praca jest iloczynem skalarnym jej wartość zależy również od kąta pomiędzy siłą F a przemieszczeniem r

Wykład 5 - całki ruchu zagadnienia n ciał i perturbacje ruchu keplerowskiego

Grawitacja. W Y K Ł A D IX Prawa Keplera.

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

Sprawdzian Na rysunku przedstawiono siłę, którą kula o masie m przyciąga kulę o masie 2m.

Pole magnetyczne prąd elektryczny

= ± Ne N - liczba całkowita.

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

3.GRAWITACJA 3.1. Wielkości charakteryzujące pole grawitacyjne. Siły Centralne F21

Moment pędu w geometrii Schwarzshilda

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

Grzegorz Kornaś. Powtórka z fizyki

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

Zadania otwarte. 2. Matematyka. Poziom rozszerzony Próbna Matura z OPERONEM i Gazetą Wyborczą n n. 2n n. lim 10.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Wykład FIZYKA I. 8. Grawitacja. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Tradycyjne mierniki ryzyka

4.5. PODSTAWOWE OBLICZENIA HAŁASOWE WPROWADZENIE

II.6. Wahadło proste.

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

Binarne Diagramy Decyzyjne

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Grawitacja - powtórka

00502 Podstawy kinematyki D Część 2 Iloczyn wektorowy i skalarny. Wektorowy opis ruchu. Względność ruchu. Prędkość w ruchu prostoliniowym.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Sprawdzian 2. Fizyka Świat fizyki. Astronomia. Sprawdziany podsumowujące. sin = 0,0166 cos = 0,9999 tg = 0,01659 ctg = 60,3058

PRĘDKOŚCI KOSMICZNE OPRACOWANIE

Pozorne orbity planet Z notatek prof. Antoniego Opolskiego. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Zjawisko Comptona opis pół relatywistyczny

Zastosowanie algorytmu Euklidesa

Elementy rachunku różniczkowego i całkowego

MECHANIKA OGÓLNA (II)

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

29 Rozpraszanie na potencjale sferycznie symetrycznym - fale kuliste

Egzamin maturalny z fizyki i astronomii 5 Poziom podstawowy

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

1 Równania różniczkowe zwyczajne o rozdzielonych zmiennych

GEOMETRIA PŁASZCZYZNY

Mechanika ogólna. Więzy z tarciem. Prawa tarcia statycznego Coulomba i Morena. Współczynnik tarcia. Tarcie statyczne i kinetyczne.

Siła. Zasady dynamiki

Energia potencjalna jest energią zgromadzoną w układzie. Energia potencjalna może być zmieniona w inną formę energii (na przykład energię kinetyczną)

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Modele odpowiedzi do arkusza Próbnej Matury z OPERONEM. Matematyka Poziom rozszerzony

Jak zmieni się wartość siły oddziaływania między dwoma ciałami o masie m każde, jeżeli odległość między ich środkami zmniejszy się dwa razy.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

WPROWADZENIE. Czym jest fizyka?

Siły centralne, grawitacja (I)

Rys. 1. Ilustracja modelu. Oddziaływanie grawitacyjne naszych ciał z masą centralną opisywać będą wektory r 1

Teoria Względności. Czarne Dziury

Planeta Ziemia globus

Guma Guma. Szkło Guma

O ŁĄCZENIU TRZECH RYNKÓW

OBWODY PRĄDU SINUSOIDALNEGO

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

Rodzajowy rachunek kosztów Wycena zuŝycia materiałów

Prezentacja. Układ Słoneczny

Plan wykładu. Rodzaje pól

Obraz Ziemi widzianej z Księżyca

Ruchy planet. Wykład 29 listopada 2005 roku

GRAWITACJA MODUŁ 6 SCENARIUSZ TEMATYCZNY LEKCJA NR 2 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY WIRTUALNE LABORATORIA FIZYCZNE NOWOCZESNĄ METODĄ NAUCZANIA.

Zadanie. Oczywiście masa sklejonych ciał jest sumą poszczególnych mas. Zasada zachowania pędu: pozwala obliczyć prędkość po zderzeniu

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

Oddziaływania fundamentalne

IV OGÓLNOPOLSKI KONKURS Z FIZYKI Fizyka się liczy część 2 ZADANIA 29 lutego 2012r.

REZONATORY DIELEKTRYCZNE

Wykład Prawa Keplera Wyznaczenie stałej grawitacji Równania opisujące ruch planet

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej

Zasady dynamiki ruchu obrotowego

Siła tarcia. Tarcie jest zawsze przeciwnie skierowane do kierunku ruchu (do prędkości). R. D. Knight, Physics for scientists and engineers

METODA ZDYSKONTOWANYCH SALD WOLNYCH PRZEPŁYWÓW PIENIĘŻNYCH

Prawo powszechnego ciążenia, siła grawitacyjna, pole grawitacyjna

Fizyka i Chemia Ziemi

14 POLE GRAWITACYJNE. Włodzimierz Wolczyński. Wzór Newtona. G- stała grawitacji 6, Natężenie pola grawitacyjnego.

LABORATORIUM: Sterowanie rzeczywistym serwomechanizmem z modułem przemieszczenia liniowego Wprowadzenie

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 09 PĘD Rozwiązanie zadań należy zapisać w wyznaczonych miejscach pod treścią zadania

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

Sztuczny satelita Ziemi. Ruch w polu grawitacyjnym

MECHANIKA BUDOWLI 12

Prawo powszechnego ciążenia Newtona

14R2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM ROZSZERZONY

cz.2 dr inż. Zbigniew Szklarski

ZASADA ZACHOWANIA MOMENTU PĘDU: PODSTAWY DYNAMIKI BRYŁY SZTYWNEJ

KOMPLEKSOWE BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA PARCIA BOCZNEGO W GRUNTACH LABORATORYJNĄ METODĄ POMIARU OPORÓW TARCIA

Ocena siły oddziaływania procesów objaśniających dla modeli przestrzennych

Wykład 2 - zagadnienie dwóch ciał (od praw Keplera do prawa powszechnego ciążenia i z powrotem..)

Klimat na planetach. Szkoła Podstawowa Klasy VII-VIII Gimnazjum Klasa III Doświadczenie konkursowe 2

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Transkrypt:

FOON 18 Wiosna 15 Śednia odległość lanety od Słońca i III awo Kelea Andzej Majhofe Wydział Fizyki Uniwesytetu Waszawskiego Studiowanie odęczników jest badzo ouczające a czasami może nawet zainsiować do własnych badań Weźmy na zykład awa Kelea Co do dwóch iewszych odęczniki są zgodne lanety obiegają Słońce o toach elitycznych (I awo) zy czym odcinek łączący lanetę ze Słońcem w ównych odcinkach czasu zakeśla ówne ola inaczej mówiąc ędkość olowa jest w tym uchu stała (II awo) Kłooty zaczynają się gdy czytamy o III awie Kelea Co do iewszej części sfomułowania anuje zgoda: dla wszystkich lanet stosunek D Johannes Kele (1571 16) ma tę samą watość zy czym oznacza okes w jakim Planeta obiega Słońce Co do D to zdania są już jednak odzielone: w części odęczników D to śednia odległość Planety od Słońca a w ozostałych D oznacza długość większej ółosi elitycznej obity Kto ma ację? A może oba okeślenia są ównoważne? o tzeba wyjaśnić Zacznijmy od zaisania I awa Kelea we wsółczesnym języku: Planeta obiega Słońce o obicie elitycznej to znaczy że odległość Planeta Słońce jako funkcja kąta φ między omieniem wodzącym lanety i kieunkiem Słońce eyhelium lanety dana jest ównaniem φ 1 + e cos φ w któym i e są dodatnimi stałymi oaz < e < 1 Stała e nazywana jest mimośodem obity Maksymalna odległość od Słońca (ahelium) wynosi więc a minimalna (eyhelium): max min 1 e 1 e Pisząc Planeta dużą liteą Auto ma na myśli któąś z lanet Układu Słonecznego

FOON 18 Wiosna 15 Równanie oisuje elisę o ółosiach: dłuższej a 1 min + 1 e oaz kótszej b a 1 e Sawdźmy ile wynosi śednia odległość Planeta Słońce u musimy zdecydować jaka śednia nas inteesuje: względem kąta czy względem czasu e dwie wydają się jedynymi sensownymi bo dostęnymi obsewacji Obliczmy obie Zacznijmy od śedniej względem kąta: max 1 φ dφ b φ π 1 π e Niedobze otzymaliśmy długość kótszej ółosi elisy Może leiej nam ójdzie z uśednieniem względem czasu? Musimy w tym celu zmienić zmienną całkowania i dodatkowo wyznaczyć okes obiegu Bo oszukiwana śednia to: t 1 tdt

4 FOON 18 Wiosna 15 W ostatniej całce musimy zmienić zmienną całkowania z t na φ Skozystamy z II awa Kelea: w ównych odcinkach czasu omień wodzący Planety zakeśla jednakowe ola We wsółczesnym języku wzoów możemy II awo zaisać tak: 1 dφ dt gdzie C jest ewną stałą eaz możemy naisać wynikający stąd wzó na ochodną omienia względem czasu: C d d dφ d C dt dφ dt dφ ym samym czas w któym Planeta obiega Słońce wynosi: π dt 1 dφ C a zatem uśedniona względem czasu watość omienia to: t π 1 dφ π dφ π C dφ Po obliczeniu całek i skozystaniu ze związku a z aametem dostajemy: a 1 + e t Otzymaliśmy dwie óżne watości śedniej i obie óżne od dłuższej ółosi a: ozednio mniejszą niż a a teaz znowu większą niż a o jak to w końcu jest z III awem Kelea? Co właściwie stwiedził Kele? Nie mógł zeowadzić obliczeń odobnych do naszych bo achunek całkowy owstał doieo kilkadziesiąt lat o jego śmieci Niektóe fagmenty jego wywodów są dosyć bliskie wowadzonym óźniej ojęciom analizy w swoich ozważaniach dzielił n uch lanety na dzienne odcinki isał jednak badzo zawile i badacze jego dzieł do dziś sieają się czy oawny wniosek nie był wynikiem oełnienia komensujących się błędów [1] Na szczęście ozdobił swoje wywody badzo czytelnym ysunkiem na któym łuk odowiadający śedniemu omieniowi wyada dokładnie w ołowie odległości między łukiem w ahelium i w eyhelium Oznacza to że śednia odległość Planeta Słońce to według Kelea: 1 min + max a Kele

FOON 18 Wiosna 15 5 Geometyczna hamonia był foemnych w Hamonices Mundi (1619) ** Nie mógł zesztą inaczej ozumieć śedniej bo samo ojęcie śedniej funkcji ciągłej jakim osługiwaliśmy się owyżej ojawiło się doieo waz z achunkiem całkowym Dziś osługiwanie się tym ojęciem jest oczywiste W wielu odęcznikach fizyki i astonomii nadal jednak można znaleźć histoyczne sfomułowanie III awa Kelea co owadzi do ytania od któego ozoczął się ten atykuł Jak się wydaje wielu wykładowców mechaniki zaczyna od ozstzygnięcia tej wątliwości i z dumą dzieli się swym wyjaśnieniem z kolegami [ 5] Podczas wykładów z fizyki tzy awa Kelea ojawiają się jako elementy ozwiązania zagadnienia uchu dwóch ciał o masach M i m zyciągających się (centalną) siłą malejącą z kwadatem odległości Rozwiązanie ozwala owiązać watość stałej w III awie Kelea z wielkościami mas obu ciał: a G M + m 4π W tym miejscu dyskusję kończy zwykle kótka uwaga że masa całego Układu Słonecznego jest badzo nieznacznie większa od masy Słońca oznaczonej w owyższym wzoze jako M a dla każdej z lanet jej masa m jest tak mała w oównaniu z M (dla najmasywniejszej z lanet Jowisza m/m < 1) że można ją ominąć otzymując III awo Kelea Sądzę że wato oświęcić więcej czasu na efleksję na ile ozwiązanie zagadnienia dwóch ciał wyjaśnia awa Kelea sfomułowane wyłącznie na odstawie obsewacji Poza ogomem masy Słońca obsewacyjne sfomułowanie aw Kelea było możliwe także dzięki szczególnemu wzajemnemu ołożeniu lanet odległości każdej z nich od wszystkich ozostałych jest tak duża że ich wzajemne zyciąganie owoduje badzo niewielkie zabuzenia ich keleowskich uchów Dążenie do wyjaśnienia obsewowanych niewielkich odchyleń od aw Kelea zez 1 ** Naisy omiędzy tójkami łuków i nazwami lanet odnoszą się do sekulacji Kelea o związku ozmiaów obit z byłami latońskimi (oublikował te sekulacje no może hiotezy w ajemnica Kosmosu jest tłumaczenie olskie)

6 FOON 18 Wiosna 15 onad lat stymulowało ozwój mechaniki a o dodze umożliwiło odkycie Netuna i Plutona lanet znalezionych dokładnie w miejscach w któych obliczenia wskazywały na obecność ciał zabuzających uchy znanych wcześniej lanet Układu Słonecznego Ale to już całkiem inna histoia Liteatua [1] EJ Aiton Isis 6 75 (1969) i cytowana tam liteatua [] RA Aziz Ameican Jounal of Physics 4 58 (1966) [] JE Pussing Ameican Jounal of Physics 45 116 (1977) [4] M Buche DP Siemens Ameican Jounal of Physics 66 88 (1998) [5] M Buche D Elm DP Siemens Ameican Jounal of Physics 66 99 (1998)