開普勒三大定律是什麼?開普勒究竟有多偉大

2022-04-01 20:52:33 字數 5512 閱讀 9428

1樓:

約翰尼斯·開普勒家喻戶曉,這位偉大的天文學家、物理學家在我們很小的時候就出現在了我們的教科書裡。

我們知道他用非常簡潔的軌道模型規定了太陽系行星運動規律,首次為人類完整的刻畫了一個完美、合理,與觀測資料相符的太陽系行星運動方式。

這一切都寫在了他提出的三大定律中。軌道定律、面積定律、週期定律,尤其是最後一個,牛頓從中推匯出了兩個質量物體之間的引力和距離的平方成反比,這個萬有引力公式中最關鍵的一點。

他的偉大之處在於,開普勒是第一個敢於打破2023年來人類對天球理論模型的那種毫無置疑的崇拜,以及對勻速圓周運動的那種毫無道理的喜愛與偏見。

你可能會認為,天球宇宙模型不就是地心說麼,大球套小球,小球套地球,造物主在這個巢狀的模型之外掌控一切;

這個模型不是被哥白尼的日心說最早否定的嗎?哥白尼不是那個第一人嗎?其實還真不是,聽我慢慢道來。

地心說最早提出的人根據考證是公元前6世紀的阿那克西曼德,他最早有地球不動為中心的思想,這個時間非常早,他是古希臘最早一批哲學家,是哲學之父、天文學之父泰勒斯的學生。

公元前4世紀哲學家歐多克斯也提出過同樣的想法,亞里士多德繼承發展了地心說,並提出了一套完整的與之世界觀相符的物理學理論。

他認為整個宇宙就是一個完美的球體,地球在這個球體的中心,在地球之外有月亮所佔的天球、接下來是水星天球、金星天球...直到土星天球和恆星天球,以及原動力天球,之外什麼都沒有了,應該是具有自由意志的造物主。

為何要將這些行星將恆星分開呢?其實古人觀天過程還是比較細緻的,因為恆星在黑暗的背景上相對於我們看起來永遠都不動,有固定的位置,形成了一個永恆不變的恆星背景一樣。

而這幾顆行星看起來很亮,而且位置變換的很快,尤其是水星和金星,最慢的當然是土星,它們有時還會遮住某些星星,因此古人認為這幾顆行星離地球都很近,各自佔據一個可以轉動的天球。

因此就有了大球套小球的宇宙模型。

這些天球的上的行星以正圓形的軌道在繞著地球做勻速圓周運動。為什麼是勻速圓周呢?因為這種運動在哲學家的眼裡代表了簡潔、完美與和諧。

它們旋轉動力在亞里士多德看來來自於原動力天中的造物主。

勻速圓周運動的宇宙從提出來以後幾千年就從來沒人質疑過。也沒有人會相信一個不是正圓,且行星速度還會在軌道上變化的宇宙。

到了公元2世紀,托勒密成為了地心說的集大成者,為了應對行星逆行現象給地心說帶來的挑戰,他為地心說中繞地球執行的行星加入了一個假象的本輪,並且將地球中心的位置偏移了一點,也就是會行星繞地球執行的軌道是一個偏心圓。

托勒密還利用嚴密的數學計算為地心說模型帶來了非常優秀的行星運動的**能力,可以準確的**日食和月食,**出來的行星運動位置在天空中的誤差不超過2°。

經過了托勒密的發展,地心說模型達到前所未有的高度。但是整個系統變得異常的繁瑣、複雜,繞地球執行的輪子多達三十幾個,想要計算行星的運動工作量非常大。

但這樣的模型很符合人們的直覺以及心理需求,也就是順勢統治了人類世界觀長達一千多年。

時間來到了16世紀的哥白尼時代,他是第一個有文獻考證的質疑地心說模型的人,認為只要將地球和太陽調換個位置,就能省去很多看似不必要的本輪,同樣也可以解釋行星逆行現象。

這就是哥白尼在2023年出版的《天球執行論》中提出的日心說,但是他的日心說,並沒有否定亞里士多德提出的天球模型,更沒有質疑行星在軌道上的勻速圓轉運動。

因此這樣的日心說帶來的結果就是,雖然太陽系模型看起來簡潔了,但是行星軌道、位置的**能力遠沒有托勒密模型來的準確。

因此哥白尼的日心說有非常大的缺陷,並不好用,他只是給人類帶來了一種新的思想浪潮,一種具有革命性的思維方式。

指導人們換一種更簡潔的方式去解釋宇宙,而不是不停地給行星新增本輪,以符合觀測資料。

而開普勒則不同,他不僅接受了哥白尼的思想,還大膽的、以超強的預見性擊碎了幾千年來人們的世界觀。隨著而來的就是新物理學的誕生。

開普勒小時候也是命運多舛得過天花和猩紅熱,這兩種疾病一個使他破了相,另一個使他的視力變得遠不及常人。

很難有人能預料到他以後會成為一個優秀的天文學家,因為在那個時代天文學家必須具備裸眼觀天的能力。

2023年的時候在大學教書的開普勒給素不相識的第谷·布拉赫寫了一封信,在信上他展示了自己對天文學的研究和思考,並且展示出了超強的數學能力。

這正是第谷·布拉赫所急需、且不具備的能力,因此開普勒就成為第谷的助手,但不幸的是10個月後也就是2023年第谷·布拉赫離世。

有幸的是,開普勒獲得了第谷·布拉赫的「遺產」,這個遺產正是第谷20年來對太陽系各大行星運動非常精確的觀測資料。

在這些資料的基礎上,開普勒就開始著手改進和完善哥白尼日心說,起初開普勒通過哥白尼的日心說模型,也就是偏心圓軌道以及行星的勻速圓周運動,經過大量的計算髮現得出來的資料與觀測得不符。

托勒密的模型也和觀測資料不符。

但開普勒十分堅信第谷的實際觀測資料是準確的,因此他大膽的拋棄了人們堅信幾千年的行星勻速圓周運動的方式,以及偏心圓軌道。

決定以新的幾何曲線去描述行星運動的軌道。經過長達四年的大量計算和常識,最後發現橢圓軌道以及行星的運動速度在軌道上是可變的。

並且將這種新的軌道和運動方式應用在所有已知的行星中發現得出來的結果正是第谷觀測到的資料。

因此在2023年在著作《新天天文學》中發表了他的成果。2023年,又經過10年的計算,在《宇宙和諧》著作中發表了行星運動的週期定律。

同往常一樣,一個具有跨時**論的出現首先會受到人們的冷落和質疑,畢竟人類2023年來的完美、勻速運動的天球被打破了,取而代之的是一個橢圓的、且行星速度會發生改變的宇宙。

這很難與人們的常識的相結合,首先沒有了天球、沒有了亞里士多德的理論基礎,你怎麼解釋行星為何會繞太陽旋轉,為何它的軌道會是橢圓的?

而且它的速度為何會發生變化?地球在動,而且速度在變化為什麼我們一點也感覺不到?在當時這些問題無人能答。

因此在開普勒的有生之年他的理論並沒有被人認可。直到越來越多的觀測證據的出現開普勒的太陽系模型才展現出了他的魔力。

例如利用開普勒的三大定律我們第一次**到了一個以前從來沒有觀察到的現象,就是水星和金星凌日。

2023年人類第一次觀察到了水星凌日,並且與開普勒三大定律**的時間完全相符。至此到了17世紀後半葉,他的理論已經風靡天文學界,被很多天文學家用來計算天體的執行軌道。

其中就包括埃德蒙·哈雷對彗星的研究,但他不知道為何彗星會擁有如此奇怪的軌道,同樣也搞不懂為何行星的軌道會是橢圓。

畢竟數學能力有限,於是他就尋找了牛頓...!至此科學界天翻地覆,人類歷史上最偉大的一本書《原理》橫空出世。

這一切能夠順理成章,離不開開普勒的貢獻。所以說三大定律並不僅僅是規定了天體執行的軌道,他同愛因斯坦的理論一樣,顛覆的是人類幾千年來固有的天球、勻速圓周運動的世界觀。

2樓:健康人生靠自己

第一定律(又叫橢圓定律):所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽位於橢圓的一個焦點上。

第二定律(又叫面積定律):對每一個行星而言,太陽和行星的連線,在相等時間內掃過相同的面積。

第三定律(又叫週期定律):所有行星繞太陽運動的橢圓軌道的半長軸r的三次方跟公轉週期t的二次方的比值都相等。開普勒發現的這三大定律為以後研究天體運動做出來巨大貢獻。

3樓:鈿暈羅衫

開普勒第一定律每一個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽。開普勒第二定律在相等時間內,太陽和運動著的行星連線所掃過的面積相等。開普勒第三定律各個行星繞太陽公轉的橢圓軌道的半長軸的三次方和他們週期的平方成正比。

開普勒是在20多年之中一直堅持不懈在漫長和艱辛的追求中,為科學的事業開創了一個豐碑。

4樓:

三大定律分別是軌道定律、面積定律、週期定律。他打破了人類幾千年來固有的天球、勻速圓周運動的世界觀,為現代物理的發展奠定了理論基礎。

5樓:君子丶你好

開普勒三大定律是電磁的關係。他的偉大之處就是發現了電與磁之間的關係,用電轉化為磁,用磁轉化為電,是非常厲害的一種發現。

6樓:嗷嗷比帥百

第一定律:每一行星沿一個橢圓軌道環繞著太陽,而太陽則處在橢圓的一個焦點上

第二定律:從太陽到行星所連的直線在相等時間內掃過同等的面積

第三定律:所有的行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉週期的二次方的比值都相等.

7樓:璽相雨

軌道定律,面積定律,週期定律。三大定律又稱為行星運動定律,開普勒的這三大定律完善了人們對行星運動發展的認識,推動了天文學等的發展。

開普勒三大定律的內容是什麼?

8樓:匿名使用者

開普勒第一定律(軌道定律):每一行星沿一個橢圓軌道環繞太陽,而太陽則處在橢圓的一個焦點中。

開普勒第二定律(面積定律):從太陽到行星所聯接的直線在相等時間內掃過同等的面積。

用公式表示為:sab=scd=sek

簡短證明:以太陽為轉動軸,由於引力的切向分力為0,所以對行星的力矩為0,所以行星角動量為一恆值,而角動量又等於行星質量乘以速度和與太陽的距離,即l=mvr,其中m也是常數,故vr就是一個不變的量,而在一短時間△t內,r掃過的面積又大約等於vr△t/2,即只與時間有關,這就說明了開普勒第二定律。

2023年,這兩條定律發表在他出版的《新天文學》。

2023年,開普勒又發現了第三條定律:

開普勒第三定律(週期定律):所有的行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉週期的二次方的比值都相等。

用公式表示為:a^3/t^2=k

a=行星公轉軌道半長軸

t=行星公轉週期

k=常數 =gm/4π^2

2023年,他出版了《宇宙的和諧》一書,介紹了第三定律,他寫道:

「認識到這一真理,這是超出我的最美好的期望的。大局已定,這本書是寫出來了,可能當代有人閱讀,也可能是供後人閱讀的。它很可能要等一個世紀才有信奉者一樣,這一點我不管了。」

開普勒三大定律的意義

9樓:匿名使用者

首先,開普勒定律在科學思想上表現出無比勇敢的創造精神。遠在哥白尼創立日心宇宙體系之前,許多學者對於天動地靜的觀念就提出過不同見解。但對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念,從未有人敢懷疑。

開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創見。哥白尼知道幾個圓合併起來就可以產生橢圓,但他從來沒有用橢圓來描述過天體的軌道。

正如開普勒所說,「哥白尼沒有覺察到他伸手可得的財富」。

其次,開普勒定律徹底摧毀了托勒密的本輪系,把哥白尼體系從本輪的桎梏下解放出來,為它帶來充分的完整和嚴謹。哥白尼拋棄古希臘人的一個先入之見,即天與地的本質差別,獲得一個簡單得多的體系。但它仍須用八十幾個圓周來解釋天體的表觀運動。

開普勒卻找到最簡單的世界體系,只用七個橢圓說就全部解決了。從此,不須再借助任何本輪和偏心圓就能簡單而精確地推算行星的運動。

第三,開普勒定律使人們對行星運動的認識得到明晰概念。它證明行星世界是一個勻稱的(即開普勒所說的「和諧」)系統。這個系統的中心天體是太陽,受來自太陽的某種統一力量所支配。

太陽位於每個行星軌道的焦點之一。行星公轉週期決定於各個行星與太陽的距離,與質量無關。而在哥白尼體系中,太陽雖然居於宇宙「中心」,卻並不扮演這個角色,因為沒有一個行星的軌道中心是同太陽相重合的。

由於利用前人進行的科學實驗和記錄下來的資料而作出科學發現,在科學史上是不少的。但像行星運動定律的發現那樣,從第谷的20餘年辛勤觀測到開普勒長期的精心推算,道路如此艱難,成果如此輝煌的科學合作,則是罕見的。這一切都是在沒有望遠鏡的條件下得到的!

誰能證明開普勒定律,開普勒三定律怎麼證明?

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