Кеплер заңдары

Кеплер заңдары
XX ғасырдағы ғылыми ойдың ұлы жеңісі — кванттық   теорияны   қалыптастыруда қызған дененің сәуле шығаруын эксперименттік зерттеу үлкен рөл аткарды. Жоғары температураға дейін қыздырғанда дене әртүрлі түске еніп, сәуле шығара бастайтынын білеміз. Мысалы, темірді кыздырғанда, ол өуелі қызыл, содан кейін қызыл сары, одан әрі ақ сары түске беленеді. Электр шамының вольфрам қылын 3000 С-қа дейін кыздырғанда, ол ақ жарық сәуле шығарады. Күннің жарығы, Жұлдыздардың шығаратын сәулелері де олардың температурасының өте жоғары болуына байланысты.
Қызған денелердің сәуле шығарып, электромагниттік энергия таратуын жылулық сәулелену деп атайды. Жылулық сәулелену құбылысы тек қызған денелерде ғана емес, салқын денелерде де орын алады. Электр шамының вольфрам қылы 3000 С-қа дейін кызғанда көзге кәрінетін ақ жарық шығарса, температурасы төмендеген сайын денелер керінбейтін инфрақызыл сәулелер шығарады. Инфрақызыл сәулелерінің жиілігі ақ жарықтың жиілігінен төмен. Сондай-ак денелердің температурасы тым жоғары болса, олар кәрінбейтін улытыракүлгін сәулелер шығарады. Ультракүлгін сәулелерінің жиілігі ақ жарықтың жиілігінен жоғары.
Жарық сияқты жылулык сәулелердің барлық түрлері де электромагниттіктолқындар катарына жатады. Олар бір-бірінен тек жиіліктеріне немесе толқын ұзындықтарына карай ажырайды. Эксперименттік зерттеулер денелердің жылулық сәулелерді шығарумен катар оларды жұта да алатынын керсетті. Оны көптеген тәжірибелер растайды. Мысалы, параболоидтік айнаға вольфрамнан жасалған спираль қылын орнатып, оны электр тоғымен инфрақызыл сәулесін шығаратындай етіп кыздырайық. Оған карама-карсы қойылған екінші айнаның фокусына қара түске боялған құрғак мақтаны іліл қойсақ, ол белгілі бір уақыттан кейін "өз-өзінен" тұтанып жана бастайды. Бұдан денелердің жылулық электромагниттік сәулелерді шығарып кана коймай, оларды жұта да алатыньш кәреміз. Ал кара түсті денелер сәулелерді басқа түсті денелерге карағанда көбірек жұтады. Бұл төжірибе электромагниттік толкындардың шынында да энергия таситынына көзімізді жеткізеді.
Өзіне түскен әртурлі жиіліктегі сәулелердің энергиясын толық жұтып. алатын денені абсолют қара дене деп атайды. Күн сыртқы ортаға жарық шығарумен қатар өзіне сырттан келіп түсетін әртүрлі жиіліктегі сәулелерді де толық жұтып алады.
Сондықтан ол абсолют кара денелер қатарына жатады суретте абсолют қара дененің үлгісі көрсетілген. Іші қуыс ыдысқа тар саңылаудан түскен сәуле шексіз мәрте шағылады да, толық жұтылады.
Ұйтқымаған қозғалысқа (яғни екі дене есебінде) қатынасатын нүктенің орбитасы екінші ретті қисық сызықпен өрнектеледі және оның бір фокусында тарту күшінің центрі орналасады. Сонымен ұйытқымаған қозғалыстағы материалдық нүктенің орбитасы конустық қималардың бірі, яғни шеңбер, эллипс (планеталар үшін), парабола не гипербола түрінде болады.

Кеплердің 1 заңы
Кеплердің бірінші заңы негізінен планета орбитасының пішінін анықтайды: Барлық планеталар Күнді эллипс бойымен айналады, оның фокустарының бірінде Күн орналасады.
Эллипстің симметриялы центрі – О, үлкен АА1=2а және ВВ1=2в екі симметрия осі бар, мұндағы а – үлкен жарты ось, в – кіші жарты ось деп аталады.

 
Кеплердің күн жүйесі моделі
Оның екі фокусы центрден OF1=OF2=c=a2-b2 қашықтықта орналасқан эллипстің негізгі қасиеті: эллипстің кез келген нүктесінің фокустардан қашықтықтарының қосындысы үлкен ось ұзындығына тең болатын тұрақты шама:
MF1+MF2=2a
e=c/a қатынасы эллипстің эксцентриситеті деп аталады. Ол эллипстің сопақтық дәрежесін көрсетеді: е неғұрлым үлкен болса, эллипстің шеңберден айырмашылығы да соғұрлым көп болады. Егер с=0 болса (эллипстің фокустары центрімен беттеседі), онда е=0, яғни эллипс радиусы а болатын шеңберге айналады. Шолпан мен Жер орбиталарының пішіндері шеңберге өте жақын (Шолпан орбитасының эксцентиситеті - 0,0068, Жердікі – 0,0167). Өзге планеталардың көпшілігінің орбиталары әлдеқайда созылыңқы болып келеді. Орбитаның Күнге ең жақын нүктесін перигелий (грекше peri-таяу, helios- Күн деген сөздерінен), оның ең алыс нүктесі афелий (грекше apo- алыс деген мағынаны білдіреді) деп аталады. Эллипстің үлкен а жарты осі планетаның Күннен орташа қашықтығына пара- пар. Астрономияда Жердің Күннен орташа қашықтығы Күн жүйесінде қолданылатын қашықтық өлшеу бірлігі ретінде қабылданған. Ол астрономиялық бірлік (а.б.) деп аталады: 1а.б.=149 600 000 км. Жердің табиғи серігі Айдың және кез келген жасанды серіктердің Жерге ең таяу келетін нүктесі перигей (грекше Гей - жер), ал ең алыс нүктесі апогей деп аталады.
Кеплердің екінші заңы.

 Кеплердің 2 заңы
Ұйтқымаған қозғалысқа қатынасатын нүктенің радиус-векторы сызатын аудан уақытқа пропорционал болып өзгереді. Кеплердің алғашқы екі заңы тартылыс күші әсерінен пайда болатын және шамасы күш центріне дейінгі қашықтықтың квадратына кері пропорционал болатын ұйытқыма қозғалыстар үшін ғана орындалады.
Кеплердің екінші заңы - аудандар заңы планета қозғалыстарының бірқалыпты емес екендігін анықтайды: планетаның радиус - векторы бірдей уақыт аралығында шамалары бірдей аудандар сызып шығады. Планеталар ең үлкен жылдамдықпен перигелийде, ал ең кіші жылдамдықпен афелий де қозғалады.

Кеплер ғаламат  жұлдызы
Кеплердің үшінші заңы.
Орталық нүкте (Күн) айналасындағы екі материалдық нүктенің (планета) ұйтқымаған эллипстік қозғалысы кезіндегі айналу уақытының квадраты мен орт. және айналатын нүктелер массалары қосындысы көбейтінділерінің қатынасы, олардың орбиталарындағы үлкен жарты осьтері кубтарының қатынасына тең, яғни: мұндағы T1 және T2 – екі нүктенің айналу периоды, m1 және m2 – олардың массалары, m0 – орталық нүктенің (Күннің) массасы, a1, a2 – орбита нүктелерінің (планеталардың) үлкен жарты осі. Кеплердің үшінші заңы эллипстік орбита бойымен қозғалатын планеталарға, планеталар серігіне, қос жұлдыздардың құраушыларына қолданылады және аспан шырақтарының кейбір сипаттамаларын анықтауға мүмкіндік береді.

Ай бетіндегі Кеплер кратері, Аполлон 12 түсірген сурет

Кеплердің 3 заңы
Кеплердің үшінші заңы - планеталардың орбиталық периодтары мен олардан Күнге дейінгі қашықтық арасындағы байланысты анықтайды: кез келген планетаның Күнді айналу периодтары жартыосьтерінің қатынасына тең болады. Екі планетаның үлкен жартыосіне а1 және а2 деп, ал айналу периодтары Т1 және Т2 деп белгілейтін болсақ, онда Кеплердің үшінші заңын мына түрде жазуға болады. Ньютон өзінің бүкіләлемдік тартылыс заңын ашқан соң, Кеплердің үшінші заңын жалпы түрге келтіреді. Кеплер заңдары Ньютонның бүкіл әлемдік тартылыс заңының ашылуында елеулі рөл атқарды. Бақылаулар нәтижесінде табылған Кеплер заңдарын Ньютон екі дене есебінің дәл шешуі ретінде қорытқан. Бүкіл әлемдік тартылыс заңына сүйінсек, ұйытқуларды ескере келіп есептеген аспан денелерінің орындары, бақылаумен дәл келіп отырады. Бұл астрономия заңдарының дұрыстығын дәлелдейді.

Жамбыл облысы, Жамбыл ауданы
Бесжылдық ауылы
Әзімбек Ысмайылұлы атындағы орта мектебінің
9 сынып оқушысы: Шыныбаева Ұлжан
Жетекшісі: Мусырманкулова Актилек Орынбасаркызы

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: