menu 2 ДВИЖЕНИЕ НА НЕБЕСНИТЕ ТЕЛА
Erasmus+: КД2: Стратегически партньорства в областта на образованието, обучението и младежта

Закони на Кеплер

Първи закон на Кеплер

Орбитите на планетите са елипси, в единия от фокусите на които се намира Слънцето. Орбитите на планетите са много слабо сплеснати елипси и почти не се отличават от окръжност.

От Първия закон на Кеплер следва, че планетите се движат по равнинни затворени криви. Фиг. 2 показва орбитата на една планета със Слънцето в единия фокус. Точката на елипсата, която е най-близката до Слънцето, се нарича перихелий, а най-отдалечената точка се нарича афелий. Разстоянията от фокуса до перихелия и афелия са обозначенис rp и ra съответно. Фиг. 2 показва и разстоянието r от Слънцето до планетата. Фигура 2 може да се прочете по следния начин:

Фиг. 2: Орбита на планета около Слънцето

Втори закон на Кеплер

При движението на планетите около Слънцето техните радиус-вектори описват равни площи за равни интервали от време.

Смисълът на втория закон на Кеплер е илюстриран на Фиг. 3. Отбелязани са два времеви интервала  , които отговарят на площите  a . съответно, описани от радиус-вектора на планетата. От Втория закон на Кеплер следва, че ако , то .

Фиг. 3: Към тълкуването на Втория закон на Кеплер

Трети закон на Кеплер

Ако означим орбиталните периоди на две планети, обикалящи около Слънцето с T1 и T2, а дължините на големите полуоси на техните орбити с a1, a2, то

което четем като:

Отношението на квадратите на орбиталните периоди на двете планети е равно на отношението на кубовете на техните големи полуоси.

В Слънчевата система има смисъл орбиталните периоди да се изчисляват в земни години, а големите полуоси - в астрономически единици (съкращение „au“ от анл. „astronomical unit“). За Земята важи следното:   au,  = 1 год.

Забележка: Внимателният читател може да забележи, че тази формулировка на закона важи независимо от използваните единици. С други думи, можем да изчисляваме периода в години, както и в секунди или в часове – отношението важи. Същото важи и за голямата полуос. Тя може да бъде изчислявана в астрономически единици, но също така и в метри, километри и т.н.

Нека вземем този пример:

Отношението на периодите не зависи от мерните единици, в които изчисляваме, защото коефициентът на преобразуване е еднакъв (числителят и знаменателят се делят/умножават на едно и също число).

Сега ще продължим и ще покажем, че можем да работим дори с безразмерни величини. Нека дефинираме (безразмерните) относително разстояние aʹ и относителен период Tʹ, които показват колко разстоянието и периодът са по-големи от a и T:

където e голямата полуос,а  е периодът на Земята.

Ако тогава a = 1,5 au, то = 1,5.