Законы небесной механики

Слайд 3

Каждое небесное тело пребывает в непрерывном перемещении согласно законам небесной механики.

Движение Солнечной системы в галактике происходит относительно ее центра, или ядра, по эллиптической или почти круглой орбите. Помимо этого, звезда гармонично производит волнообразные колебания относительно плоскости галактического диска.

Слайд 4

Расположение в Млечном Пути.

Слайд 5

Солнце и вращающиеся вокруг него планеты – это одна из составляющих

Млечного Пути. Оно расположено на внутреннем крае ответвления диска – галактического рукава Ориона. Удаленность от ядра составляет 8500 парсек, то есть 27723,3 световых лет. Оно занимает положение, примерно равноудаленное от рукавов Персея и Стрельца. Но это положение не постоянно. Связанный гравитацией с соседними галактиками (Треугольника и Андромеды), Млечный Путь устремлен к Сверхскоплению Паруса (Парусов). Эти гравитационно-связанные объекты составляют местную группу, в свою очередь являющуюся частью крупномасштабной структуры Местный Лист. Местный лист входит в Сверхскопление Девы (Суперкластер Девы), и Солнце расположено примерно на его окраине. Звезда пребывает в состоянии непрекращающегося перемещения в отношении галактического ядра, ближних, видимых небесных тел, межзвездных пыли и газа.

Слайд 6

Перемещение в рамках галактики.

Слайд 7

Движение Солнечной системы в галактике было открыто англо-немецким астрономом Уильямом Гершелем.

Он определил, что ход Солнца направлен к звезде Маасим, или Лямбде в Геркулесе (со скоростью, равной 20 км/с). Современные расчеты всего на десять градусов отличаются от расчетов Уильяма Гершеля. Это пекулярное, или общее движение. Также происходит движение солнечной системы в галактике, которое астрономы наименовали переносным. Солнце, вместе с ближайшими звездами, которые обращаются вокруг галактического центра, устремлено к созвездию Лебедя (со скоростью, равной 200 – 250 км/с)

Слайд 8

Звезды, пыль и газ вращаются с разной стремительностью. Это зависит от

их местоположения и удаленности от центра. Типичным для спиральных скоплений является то, что и светила, расположенные ближе к ядру, и более удаленные объекты вращаются с примерно одинаковой орбитальной скоростью. Но в Млечном Пути объекты, чьи орбиты приближены к центру вращаются медленнее, чем те, что удалены. Солнце вращается по орбите, имеющей форму почти правильной окружности. Скорость составляет 828000 километров в час по данным, опубликованным в 2009 году. Полный виток вокруг центра диска совершается примерно за 230 миллионов лет, что является галактическим годом.

Слайд 9

Слайд 10

Вдобавок к орбитальному вращению, происходят также колебания в вертикальном направлении в

плоскости Млечного Пути. Пересечение этой плоскости совершается один раз в 30 миллионов лет. Это означает, что Солнце меняет местоположение из северной в южную часть Млечного Пути и наоборот. Определено также, что в данный момент Солнце располагается в северной полусфере (20-25 парсек от плоскости диска). В настоящий момент совершается прохождение Местного межзвездного облака (ММО). Система вошла в него примерно 50 — 150 тысяч лет тому назад, и по подсчетам ученых выйдет из его пределов через 20 тысяч лет.

Слайд 11

Перемещение в космическом пространстве.

Слайд 12

Солнечная система пребывает в непрекращающемся вращении и перемещении относительно небесных тел,

межзвездного газа, других объектов. От некоторых объектов она удаляется, к некоторым – приближается. Установлено, что происходит сближение с Андромедой (скорость – 120-150 км/с), а в масштабе Местного Листа установлено приближение к Сверхскоплению Девы (скорость – 300-400 км/с).

Слайд 13

Законы Иоганна Кеплера (1571—1630)

Слайд 14

Первый закон Кеплера
Определение Планеты Солнечной системы движутся по эллиптическим орбитам. В

одном из фокусов такой орбиты находится Солнце.
иллюстрирация первого закона Кеплера рисунком. На нем изображена планета, чья масса меньше массы звезды. Звезда находится в одном из фокусов эллипса, по которому движется планета. Точкой РР мы обозначили ближайшую к звезде траекторию, носящая название перигелия. Точка АА – это наиболее удаленная от звезды точка траектории, которая называется афелием. Большая ось эллипса располагается между точками афелии и перигелия.

Эллиптическая орбита планеты массой m<В Солнечной системе все планеты за исключением Плутона движутся по орбитам, которые близки к круговым.

Слайд 15

Второй закон Кеплера, или закон площадей
Определение Радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки

времени равные площади.

Слайд 16

Третий закон Кеплера
Определение Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших

полуосей их орбит.
Формула третьего закона Кеплера имеет вид:

Точность, с которой третий закон Кеплера выполняется для всех планет, составляющих Солнечную систему, составляет выше 1%1%.
На рисунке изображены две орбиты, по которым небесные тела движутся вокруг звезды. Одна из орбит круговая с радиусом радиусом RR, а другая – эллиптическая с большой полуосью aa. Если R = aR = a, то согласно третьему закону Кеплера периоды обращения планет по таким орбитам будут одинаковы.

Слайд 17

Законы Кеплера очень долго были правилами, полученными эмпирически на основе наблюдений

за движением небесных тел. Для того, чтобы получить возможность опираться на них в создании рабочих теорий, не хватало теоретического обоснования законов.
Таким обоснованием стало открытие закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном:

Слайд 18

Ньютон был первым из исследователей, кто пришел к выводу о том,

что между любыми телами в космосе действуют гравитационные силы, которые и определяют характер движения этих тел. Частным случаем такого взаимодействия является сила тяжести, воздействующая на тела, расположенные на поверхности и вблизи планет.

Слайд 19

Слайд 20

Определение Потенциальная энергия тела массы mm, находящегося на расстоянии rr от неподвижного тела массы MM,

равна работе гравитационных сил при перемещении массы mm из данной точки в бесконечность.

Математическая процедура вычисления потенциальной энергии тела в гравитационном поле состоит в суммировании работ на малых перемещениях.

Слайд 21

Слайд 22

Определение Полная энергия может быть положительной и отрицательной, а также равняться

нулю. Знак полной энергии определяет характер движения небесного тела При E=E1< 0E=E1< 0 тело не может удалиться от центра притяжения на расстояние r > rmaxr > rmax. В этом случае небесное тело движется по эллиптической орбите (планеты Солнечной системы, кометы).

Диаграмма энергий тела массой mm в гравитационном поле, создаваемом сферически симметричным телом массой MM и радиусом RR.
При E=E2=0E=E2=0 тело может удалиться на бесконечность. Скорость тела на бесконечности будет равна нулю. Тело движется по параболической траектории.
При E=E3>0E=E3>0 движение происходит по гиперболической траектории. Тело удаляется на бесконечность, имея запас кинетической энергии.

Слайд 23

Первая и вторая космические скорости
Законы Кеплера применимы не только к движению

планет и других небесных тел в Солнечной системе, но и к движению искусственных спутников Земли и космических кораблей. В этом случае центром тяготения является Земля.

Слайд 24

Законы небесной механики

Содержание