Первый закон Кеплера:
Планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце.
Автор (Попушой Леонид):
Планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится центр равновесия между Солнцем и планетами.
Изучая историю научных открытий, можно убедиться в том, что сильна та теория, которая опирается на эксперименты. « Только опыт дает истинный ответ » - говорил Пастер. В противном случае теория остаётся гипотетической идеей, витающей в облаках.
Сделано открытие, на базе которого формируется новая концепция в астрономии, дающая объяснение, почему Солнце не является центром солнечной системы.
До 16 века в астрономической науке господствовала геоцентрическая теория, согласно которой в центре мироздания находится неподвижная Земля, а вокруг вращаются Солнце и звезды. Скромный католический каноник Николай Коперник выдвинул теорию о том, что центром, вокруг которого вращаются Земля и планеты, является Солнце. Этим он дал толчок одному из величайших переворотов в мировоззрении людей. Во - первых, мысль о движении Земли в те времена воспринималась как опасное заблуждение, так как в Библии говорится, что движется Солнце. Во-вторых, согласно библейским постулатам, человек-венец творения, а Земля- центр Вселенной, и утверждать, что Земля является рядовой планетой среди множества планет - это абсурд и кощунство.
Мысль о движении Земли была сама по себе не новой, в древности подобному пониманию мира учили пифагорейцы. С этой идеей не был согласен Аристотель. Учение Аристотеля поддерживалось церковью. В борьбе с этими непререкаемыми авторитетами развивалась гелиоцентрическая теория. Защитниками её были Н. Коперник, Д. Бруно, Г. Галилей, И. Кеплер. Их идеи дополняли друг друга, обогащая науку в целом.
Анализируя кратко историю развития этой научной теории, можно констатировать: « открытие одной истины, действительно, ведёт к открытию других, и каждое новое открытие делает возможным другое, более важное открытие ». А если применить это высказывание Лёббока по отношению к современной астрономии, то можно с уверенностью сказать: теория гелиоцентризма должна быть подвержена критике и пересмотру.
Для этого изобретено устройство, с помощью которого обосновывается новый закон, гласящий, что Солнце и планеты формируют центр равновесия, вокруг которого они вращаются. Это значит, что Солнце не является центром, вокруг которого вращаются планеты.
А теперь кратко о содержании данной главы:
Во-первых, будет дано описание конструкции изобретённого устройства.
Во-вторых, будет разъяснено, как с помощью этого устройства проводились эксперименты.
В-третьих, мы проследим, как закладываются основы новой теории в астрономии.
И, наконец, с помощью нового закона мы узнаем, как в действительности выглядит орбита Земли.
Устройство для демонстрации закона вращательного движения планет и звёзд.
Устройство выглядит так: на корпусе 1 установлен двигатель 2, который работает от электричества и управляется пультом 3. Пульт 3 выполняет функцию регулировки скорости вращательного движения. Двигатель 2 соединен с осью 5 посредством пружины 4. Пружина 4 позволяет оси 5 вибрировать во время вращательного движения. Ось 5 внизу имеет заострённость, чтобы точно показать центр вращения. В ось 5 вставлен стержень 6, а на нём находятся два шара 7 и 8 с разными массами. Шары 7 и 8 могут быть сдвинуты по стержню 6 ближе или дальше от центра. На корпусе 1 установлена счётная линейка 9 с индикаторами 10 и 11. Индикаторы 10 и 11 показывают расстояние от шаров 7 и 8 до центра. На корпусе 1 посредством оси 12 установлен индикатор 13. Индикатор 13 показывает, когда вибрирует ось 5. На рисунке фигура-1 показан вид устройства сбоку, на рисунке фигура-2 вид спереди.
С помощью устройства (фигура- 1 и фигура-2) выполняем эксперимент.
Снимаем со стержня 6 шары 7 и 8, после этого с помощью пульта 3 запускаем двигатель 2, чтобы система начала вращаться. Двигатель 2 через пружину 4 вращает ось 5 со стержнем 6. Индикатор 13 двигаем к центру линейки 9 в точке 0. Когда двигатель 2 вращает ось 5 со стержнем 6, то не должно быть вибрации, а индикатор 13 должен оставаться на месте. После этого устанавливаем шары 7 и 8 на стержне 6 и с помощью пульта запускаем двигатель 2, чтобы он вращал всю систему. Если происходит вибрация оси 5, а индикатор 13 смещается от точки 0, то надо остановить двигатель 2. Двигаем один из шаров, 7 или 8, и снова повторяем опыт, с помощью пульта 3 запускаем двигатель 2. Как только удаётся устранить вибрацию в системе во время вращательного движения, останавливаем двигатель 2. С помощью индикаторов 10 и 11 измеряем расстояние от шаров 7 и 8 до центра линейки 9. Снимаем со стержня 6 шары 7 и 8 и взвешиваем каждый по отдельности.
Мы узнали расстояние от центра линейки до каждого шара, а также их массы по отдельности.
Результат таков:
1) Во время вращения шар 7 с массой
2) Во время вращения шар 8 с массой
На рисунке в фигуре-3 демонстрируется центр равновесия, а также то, что во время вращения количество движения обоих шаров одинаково (m1v1 = m2v2). Большой шар вращается по маленькому кругу, а маленький по большому кругу. В середине находится центр равновесия обоих шаров. Центр равновесия вычисляется методом взвешивания. Во время вращения шаров постоянно сохраняется точка равновесия и равное количество движения шаров.
На базе проведённого эксперимента выясняется следующая закономерность: точка, вокруг которой вращаются оба шара, и есть центр равновесия.
C помощью данного эксперимента можно объяснить, как выглядят орбиты Земли и Луны.
При проведении эксперимента руководствуемся тем, что Луна и Земля совершают движение в соответствии с тем, что указано в схеме "Фигура-3". Шар 8 с меньшей массой соответствует Луне, а шар 7 с большей массой соответствует Земле. Луна имеет массу, обозначим её m1, а также имеет скорость, обозначим её v1. Земля имеет массу, обозначим её m2 и скорость, обозначим её v2. Луна и Земля должны иметь одинаковые количества движения, точно так же, как и шары 7 и 8 в фигуре - 3. Движение шаров 7 и 8 в эксперименте должно соответствовать движению Луны и Земли. Следуя Закону сохранения количества движения, Земля и Луна во время вращения должны иметь одинаковые количества движения m1v1 = m2v2.
m1v1 – масса Луны, умноженная на её скорость.
m2v2 – масса Земли, умноженная на её скорость.
На рисунке фигура - 4 демонстрируются малая орбита Земли и орбита Луны.
Как мы вычислили малую орбиту Земли?
Луна во время вращения вокруг Земли формирует систему, аналогичную системе, изображённой в фигуре - 3. Как вы заметили, в фигуре – 3 масса первого шара в два раза больше массы второго шара, орбита первого меньше орбиты второго в два раза. Масса Земли в 81 раз больше массы Луны. Орбита Луны от малой орбиты Земли должна отличаться также в 81раз. Мы знаем среднее расстояние от Луны до Земли, которое составляет 384000 км. Это расстояние и есть радиус орбиты Луны. Радиус 384000 делим на 81- разницу масс и получаем радиус малой орбиты Земли, который равняется 4740км.
На базе эксперимента объясняется, что Земля имеет еще и малую орбиту с диаметром примерно
Земля проходит путь по этой орбите в течение месяца и это повторяется 12 раз в год. Земля и Луна вращаются вокруг воображаемой точки, которая не является центром Земли.
На базе утверждения о том, что Земля и Луна имеют одинаковые количества движения m1v1 = m2v2 и вращаются вокруг одного центра, необходимо применять эти расчёты для всех планет, включая Солнце. Мы знаем, что планеты вращаются вокруг Солнца. Планеты и Солнце формируют одинаковые количества движения и вращаются вокруг точки, которая находится в центре системы, определяемой данной формулой m1v1 = m2v2.
m1v1-- масса Луны, умноженная на её скорость.
m2v2-- масса Земли, умноженная на её скорость.
Эта точка постоянно меняется в зависимости от месторасположения планет по отношению к Солнцу. Всё, что было сказано выше относительно Земли и Луны, правомерно и для других планет солнечной системы.
Этот центр - и есть точка, вокруг которой вращаются эти две массы (смотрите фигуру-9).
Центр равновесия между Солнцем и планетами постоянно меняется в зависимости от месторасположения планет по отношению к Солнцу, смотрите фигуру -10. В фигуре -10 демонстрируются все планеты, включая Солнце. Планеты расположены в один ряд для наглядности.
В космосе любая система, будь то Солнечная или Галактика, формирует центр равновесия, вокруг которой она вращается.
Вышеуказанная закономерность может быть использована для объяснения некоторых физических феноменов, а именно: какова природа происхождения водоворотов, и в чём сходство этого феномена с феноменом чёрных дыр в Галактике.
Представьте себе игру из детства, когда трое ребят кружатся, взявшись за руки, при этом один стоит посередине и держит других, а они вращаются вокруг него (смотрите фигуру-11).
На первый взгляд кажется что тот, который находится посередине, удерживает тех, которые вращаются вокруг него, но это неверно. Тот, что посередине, находится в центре равновесия, и сам не имеет кинетической энергии, равной энергии тех, которые кружатся, он лишь поддерживает связь между ними. Находящегося в центре можно заменить обычной верёвкой, и впоследствии ничего не изменится. В этом эксперименте важно обратить внимание на то, что произойдёт с ребёнком в центре, если разрывается цепь. Во время вращения ребёнок в центре освобождает одну руку, в результате один вылетает в одну сторону, а пара вылетает в другую сторону (смотрите фигуру–12).
Этот эксперимент доказывает, что ребёнок в центре вылетел вместе с тем, за которого держался потому, что получил от него энергию, то есть движение. В результате можно сделать вывод: объект, который находится в центре, имея связь с другими движущимися объектами, получает от них определённое количество движения и стремится покинуть центр.
От аналогий возвращаемся к нашей теме.
Масса воды двигается и устремляется в воронку. Центр, куда стремится вода, находится в середине воронки. Но из-за того, что молекулы, получившие кинетическую энергию, не могут находиться в центре (причина этого объясняется в примере с детьми), в середине воронки формируется пустота. Мы замечаем, как вокруг пустого центра начинает вращаться вода, круги становятся всё шире, поток всё более сильным, а центр становятся всё более чётким. Это имеет место, когда центробежные силы преобладают над центростремительными силами.
Природа торнадо схожа с природой возникновения водоворотов. В центре торнадо формируется очень низкое давление, и впоследствии в центре формируется вакуумная среда, обладающая всасывающей силой.
