Kepler törvények, gravitáció

Kepler-törvények néven nevezzük a bolygómozgások három törvényét, melyeket Johannes Kepler német csillagász állapított meg Tycho Brahe megfigyelési adatait is felhasználva. A Kepler-törvények a Naprendszer bolygóinak mozgástörvényei.

 1. törvény: a bolygók olyan ellipszispályán keringenek, melyek egyik fókuszpontja a nap

numerikus excentricitás: e=

 2. törvény: a bolygókhoz húzott vezérsugár egyenlő idő alatt egyenlő területeket súrol

3. törvény: a bolygól keringési idejének négyzetének és a fél nagytengelyük köbének hányadosa állandó

Például a Jupiter keringési idejének (11,8 földi év) négyzete majdnem 140-szerese a Föld keringési ideje négyzetének. A Jupiter majdnem 5,2-szer van távolabb a Naptól, mint a Föld; ennek köbe szintén majdnem 140-szerese a Föld-Nap-távolság köbének.

A Kepler-törvények általánosítása

A fenti törvények általánosíthatóak: igazak egy csillag körül keringő bolygóra, egy bolygó körül keringő holdakra és műholdakra, bármely nagy tömegű égitest körül keringő más égitestekre, csupán az a3/T2 értéke más, a központi égitest tömegétől függ. Egy másik általánosítás a tetszőleges kúpszelet alakú pályákhoz vezet; például egyes üstökösök pályája parabola alakú. A Kepler-törvények közel egyforma tömegű testekre is általánosíthatóak, de ekkor a III. törvény közelítő jelleget ölt.

Szabadesésnek nevezzük a test mozgását, ha a gravitációs mezőben kezdősebesség nélkül elengedett test esését a gravitáción kívül semmi sem befolyásolja. Gyakorlatilag szabadesésnek tekinthető a fáról lehulló alma, az elejtett kulcscsomó vagy a leejtett kavics mozgása.

A szabadon eső test gyorsulását alapvetően a Föld (vagy az adott égitest) körül levő gravitációs mező okozza. Ez a kölcsönhatás a nehézségi erővel jellemezhető, amelynek erőtörvénye: F = m * g

Az 1. kozmikus sebesség, vagy általánosságban körsebesség az a legkisebb sebesség, amely ahhoz szükséges, hogy az űreszköz egy égitest körüli körpályára álljon. Ennél kisebb sebességgel haladó tárgy nem tudja az égitestet megkerülni, hanem visszaesik a felszínére. A körsebesség kiszámításához a centrifugális és gravitációs erők egyensúlyát kell felírni körpálya esetére.

 

Ahhoz, hogy egy égitesttől elszakadjon, akkora mozgási energiával kell rendelkeznie a testnek, mely egyenlő vagy nagyobb – szökési sebességnél az egyenlőség esete áll fenn –, mint a gravitációs helyzeti energia.

A harmadik kozmikus sebesség az az elméleti küszöbsebesség, amellyel indulva egy űreszköz egy olyan parabolapályára tud állni, amelynek a fókuszpontjában a Nap áll. Ezen a pályán haladva az űrszonda elszakad a Nap gravitációjától, és végleg elhagyja a Naprendszert, eljut a csillagközi térbe. Az általános érvényű értelmezés a szonda kiindulási pontját egy olyan képzeletbeli gömb felszínére helyezi, tetszés szerinti pontra, amelynek a sugara megegyezik a földpálya átlagos sugarával (1 csillagászati egység), és a Nap a gömb középpontjában van. Ennek az értelmezésnek az az előnye, hogy a harmadik kozmikus sebesség ekkor független az űreszköz indulási irányától, általános érvényű. Ebben a modellben csak a Nap gravitációjával kell számolnunk, felhasználva a szökési sebesség képletét:

 

Az általános tömegvonzás törvénye a következő: bármely két test, anyagi részecske kölcsönösen vonzóerőt fejt ki egymásra, amely erő nagysága pontszerű testek esetében egyenesen arányos a két test tömegével, és fordítottan arányos a köztük levő távolság négyzetével. (Newton, 1600-as évek)

Hasonló

  • Gázok állapot változása

    – gáz: apró részecskék összessége, melyeknek mérete nagyon kicsi. Szüntelenül mozognak, az edény falának ütköznek – ha adott mennyiségű és térfogatú gázban a nyomás mindenhol egyforma: egyensúlyi állapotban van – állapotjelzők: T (hőmérséklet), p (nyomás), V (térfogat), m (tömeg) Olyan fizikai mennyiségek, melyeket a gázt alkotó sokaság kollektíven határoz meg – a gáz állapotának megváltozását…

  • Az egyszerű gépek

    Azokat az eszközöket, amelyekkel kedvezőbbé lehet tenni az erőhatás: -Nagyságát – Irányát – Támadását – Helyét Egyszerűgépeknek nevezzük. A tengely körül elforgatható merev rudat emelőnek nevezzük. Kétoldalú vagy egyoldalú emelőket különböztetünk meg. Kétoldalú-melynél a forgástengely különböző oldalán van az erő és a teher. Az emelők akkor vannak egyensúlyban, ha a kétoldali forgatónyomatékok egyenlők. A vízszintessel…

  • Halmazállapotváltozások

    Alapvetően 3 halmazállapotról beszélünk. Szilárd, folyékony, légnemű anyagokat különítünk el. Gyakran előfordul, hogy egy-egy bizonyos anyagnak, bizonyos körülmények között, megváltozik a halmazállapota: Olvadás során: egy szilárd kristályos anyaggal állandó nyomáson hőt közlünk először az anyag hőmérséklete növekedni kezd (a folyamat ezt a részét leíró egyenlet: Q=c*m*deltaT), majd egy bizonyos hőmérsékletet elérve az anyag megolvad, folyékonnyá…

  • Newton törvények, testek egyensúlya

    Newton: fizikus, matematikus, csillagász, filozófus tömegvonzás törvénye klasszikus mechanika tudománya fény részecske természete ” A természetfilozófia matematikai alapelvei” a tömeg, a lendület, a tehetetlenség fogalmát definiálta Newton I. törvénye – a tehetetlenség törvénye A tehetetlenség a testek legfontosabb tulajdonsága. Annak a testnek nagyobb a tehetetlensége, amelyiknek nehezebb megváltoztatni a sebességét. „Minden test nyugalomban marad vagy…

  • Erőtörvények a mechanikában

    Gravitációs erő: 1687 Newton kidolgozza a gravitáció elméletét Két test kölcsönösen vonzza egymást. a vonzó erő egyenesen arányos a két test tömegével és fordítottan arányos a két test közötti távolság négyzetével. 1798-ban Cavendish megmérte az arányossági tényezőket: γ = 6,67× A testek két tömege: A gravitációs törvényben szereplő és más jellegű mennyiségek mint a korábban…

  • A radioaktív sugárzások és a maghasadás

    A radioaktív sugárzások radioaktív bomlás következtében jönnek létre. Bomlás során az instabil atommagok minden külső beavatkozás nélkül más atommagokká alakulnak, miközben radioaktív sugárzást bocsátanak ki. Ennek következtében az adott mennyiségű sugárzó anyagban csökken az eredeti izotóp mennyisége. Az adott idő alatt lebomló atommagok száma arányos a meglévő atommagok számával. Ez alapján N(t)=N0*e-lambda*t. Ahol lambda a…