3.7. Галилей, роль сделанных им открытий в борьбе с физикой Аристотеля. Законы планетных движений Кеплера.

3.7. Галилей, роль сделанных им открытий в борьбе с физикой Аристотеля. Законы планетных движений Кеплера.

Дальнейшее развитие коперниканского учения связано с именами двух ученых – итальянского физика и астронома Галилео Галилея (1564–1642) и австрийского математика и астронома Иоганна Кеплера (1572–1630).

Вплоть до конца XVI в физическим фундаментом представлений об устройстве мира в целом оставалась физика Аристотеля. Господствовали представления о принципиальном различии материи, из которой состоят земные “подлунные” тела, и той которая образует небесные тела (невесомые эфирные). Движения подразделялись на “естественные” и ”искусственные” (первые – прирожденные движения, вторые совершаются лишь при непрерывном воздействии на тело внешней силы).

В 90-е г. XVI в. Галилей начал наступление на устаревшую физику Аристотеля и геоцентрическую систему мира Птолемея. Галилей ввел в “земную” механику движения количественный эксперимент и математическое описание явлений. Он заложил основы современной кинематики, установил одинаковый характер движения тел по наклонной плоскости с их свободным падением, открыл законы свободного падения тел (в частности независимость скорости его падения от веса тела), установил законы качания маятника и построил теорию равномерно ускоренного движения. С именем Галилея связано открытие общего принципа классической механики – принципа относительности Галилея (находящиеся в разных инерциальных системах отчёта наблюдатели устанавливают справедливость действия одних и тех же основных законов физики).

Галилей – один из первых ученых, кто применил телескоп к изучению небесных светил. В мае 1609 г. он узнал о появлении в Голландии зрительных труб и вскоре сам изготовил из оптических линз не­сколько небольших телескопов. Наилучший из них имел диаметр 64 мм, длину 1245 мм и давал увеличение в 30 раз. (С этим телескопомГалилей сделал свои знаменитые астрономические открытия, подтвердившие учение Коперника и разрушившие авторитет Ари­стотеля и Птолемея.) В августе 1609 г. он открыл на поверхности Луны горы и темные низменности, впоследствии названные моря­ми. (Рухнуло учение Аристотеля о коренном отличии небесного от земного, о светоносном веществе – эфире, из которого якобы состоят небесные светила. Луна оказалась таким же материальным холодным телом, как и Земля.) В конце 1609 и начале 1610 г. Га­лилей исследовал в телескоп Млечный Путь, объявленный Ари­стотелем туманным кольцом в земной атмосфере, и опроверг это мнение: Млечный Путь оказался сгущением колоссального множе­ства слабых звезд. 7 января 1610 г. Галилей в телескоп обнаружил у Юпитера четыре спутника, примерно 5-й звездной вели­чины, и до 26 января 1610 г тщательно следил за их движением. (Это открытие доказывало возможность движущегося тела (Юпи­тер) быть центром движения других тел и опровергало учение Аристотеля о том, что центром движения может быть только не­подвижное тело.) Следовательно, и Земля может обращаться вокруг Солнца, хотя сама является центром движения Луны. Эти свои открытия Галилей опубликовал в марте 1610 г. в «Звездном вест­нике», в котором смело доказывал справедливость коперниканского учения.

Осенью 1610 г. Галилей открыл пятна на Солнце и несколькопозже (по их перемещению) обнаружил его осевое вращение. Той же осенью Галилей обнаружил фазы Венеры. Сами фазы свидетельствовали о сходстве Венеры с Землей и Луной, а после­довательность их смены доказывала обращение планеты вокруг
Солнца.

Кеплер был сторонником гелиоцентрической системы мира. Он сформулировал три закона планетных движений. Первые два были опубликованы в книге “Новая астрономия” в 1609, третий в книге “Гармонии мира”.

Первый закон. Все планеты обращаются вокруг Солнца по эл­липтическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. На рисунке изображена эллиптическая орбита с Солнцем (С) в одном из ее фокусов. Ее большая ось АП = 2 а, центр – О, боль­шая полуось АО = ОП = а и полуфокальное расстояние ОС =с. Ближайшая к Солнцу точка (П) орбиты называется перигелием, а наиболее удаленная (А) – афелием; обе эти точки лежат на боль­шой оси орбиты и именуются апсидами, а сама большая ось – линией апсид. При движении планеты (Р) вокруг Солнца ее гелиоцентрическое расстояние (расстояние от Солнца), называемое радиус-вектором (r = СР), изменяется, и в любой момент времени положение планеты на орбите определяется радиус-вектором (r) и истинной аномалией.

Радиус-вектор r и истинная анома­лия связаны между собой урав­нением эллипса:

где а – большая полуось и е = с/а – эксцентриситет орбиты. Промежуток времени, за который планета совершает полный оборот по орбите, называется звезднымили сидерическим периодом обращения.

Второй закон. Радиус-вектор планеты описывает площади, прямо пропорциональные промежуткам времени. Если за промежуток времени планета пройдет путь Р'Р₂ (см. рисунок),а за промежуток времени – путь P₃P₄ тоза те же промежутки времени радиус-вектор планеты опишет площади (площадь сектора Р'СР₂) и (площадь сектора P₃СP₄), причем

Площадь, описываемая радиус-вектором планеты в единицу времени, называется ее секториальной скоростью.

Второй закон Кеплера формулируют так: секториальная скорость планеты есть величина постоянная. Второй закон Кеплера является частным случаем общего закона сохранения количества движения.

Третий закон. Квадраты сидерических периодов обращения планет прямопропорциональны кубам их средних расстояний.

откуда где T сидерические периоды обращения, а среднее гелиоцентрическое расстояние.

Дата добавления: 2015-08-28