体速是单位时间扫过的面积,并且是恒定的。它是每个行星所特有的,并且源于对开普勒第二定律的数学描述。在本文中,我们将解释它是什么以及如何计算它。
代表发现太阳系外行星的吊杆重新激发了人们对行星运动的兴趣。没有什么可以让我们相信,这些系外行星遵循的定律不是太阳系中已知和有效的定律:开普勒定律。
约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)是一位天文学家,他在没有望远镜帮助下,利用导师第谷·布拉赫(Tycho Brahe)的观察,创建了一个描述行星绕太阳运动的数学模型。
他留下了这种模式,体现在三个以他的名字命名的法律中,直到1609年建立前两个法律以及1618年他宣布第三个法律的日期,这些法律在今天一直有效。
开普勒定律
用今天的话来说,开普勒的三个定律是这样的:
1.所有行星的轨道都是椭圆形的,太阳是一个焦点。
2.从太阳到行星的位置矢量在相等的时间内扫过相等的区域。
3.行星的轨道周期的平方与所描述的椭圆的半长轴的立方成正比。
就像任何已知的运动物体一样,行星将具有线性速度。还有更多的东西:当以数学形式写开普勒第二定律时,出现了一个新概念,称为恒星速度,是每个行星的典型特征。
为什么行星绕着太阳椭圆运动?
地球和其他行星绕着太阳运动,这是由于它对太阳施加了力:引力。如果有其他恒星和组成其系统的行星,也会发生同样的情况。
这是一种称为中心力的力。体重是每个人都熟悉的中心力量。施加中心力的物体(无论是太阳还是遥远的恒星)将行星吸引到其中心,并且它们以闭合曲线移动。
原则上,这条曲线可以近似为圆周,就像创造天心理论的波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼一样。
引力是引力。该力直接取决于所讨论的恒星和行星的质量,并且与分隔它们的距离的平方成反比。
问题并不是那么容易,因为在太阳系中,所有元素都以这种方式相互作用,从而增加了问题的复杂性。此外,它们不是粒子,因为恒星和行星具有可测量的大小。
因此,行星行进的轨道或电路的中心点并非精确地位于恒星的中心,而是位于称为太阳行星系统重心的点。
产生的轨道是椭圆形的。下图以地球和太阳为例进行了显示:
图1.地球的轨道是椭圆形的,太阳位于其中一个焦点上。当地球和太阳处于最远距离时,据说地球处于顶峰状态。如果距离很小,那么我们就说近日点。
顶针是地球上距太阳最远的位置,而近日点是最接近的位置。根据星际行星系统的特性,椭圆可以或多或少地变平。
由于其他行星会引起干扰,因此顶峰和近日点的值每年都会变化。对于其他行星,这些位置分别称为apoaster和periaster。
行星的线速度的大小不是恒定的
开普勒发现,当一颗行星绕太阳公转时,它在运动过程中会在相等的时间内扫出相等的区域。图2以图形方式显示了其含义:
图2.行星相对于太阳的位置向量为r。当行星描述其轨道时,它会在时间Δt内传播一个椭圆形的Δs弧。
在数学上,A 1等于A 2的事实表示为:
弧传播的Δs很小,因此每个区域都可以近似于三角形:
由于Δs= vΔt,因此v是行星在给定点的线速度,通过代入,我们有:
并且由于时间间隔Δt相同,我们获得:
由于r 2 > r 1,则v 1 > v 2,换句话说,行星的线速度不是恒定的。实际上,当处于近日点时,地球的运行速度要比处于apphelion时的速度快。
因此,地球或围绕太阳的任何行星的线速度都不是表征所述行星运动的量级。
乳晕速度
在下面的示例中,我们将展示在已知行星运动的某些参数时如何计算等速线:
行使
根据开普勒定律,系外行星绕椭圆轨道绕太阳运动。当它在peraster上时,其半径矢量为r 1 = 4·10 7 km,当它在apoaster上时,其半径矢量为r 2 = 15·10 7 km。其peraster的线速度为v 1 = 1000 km / s。
计算:
A)阿波斯特罗星速度的大小。
B)系外行星的等速。
C)椭圆的半长轴的长度。
回答)
使用以下公式:
用数值代替。
每个术语的标识如下:
v 1 = apoastro中的速度;v 2 =加速器的速度; r 1 =到加速器的距离,
r 2 =距珍珠岩的距离。
有了这些价值观,您将获得:
答案B)
- Serway,R.,Jewett,J。(2008)。科学与工程物理。第1卷。墨西哥。参与学习编辑。367-372。
- 斯特恩(2005)。开普勒的行星运动三定律。从pwg.gsfc.nasa.gov恢复
- 注意:建议的练习是从McGrawHill的书中的以下文字中进行的,并进行了修改。不幸的是,它是pdf格式的单独章节,没有标题或作者:mheducation.es/bcv/guide/capitulo/844817027X.pdf