Đánh giá đầy đủ định luật Kepler

Định luật Kepler là một định luật trong thiên văn học do nhà toán học và thiên văn học người Đức, Johannes Kepler đề xuất. Có ba loại định luật Kepler. Ba loại định luật này giải thích sự chuyển động của hai thiên thể quay quanh nhau hay chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời. Định luật Kepler được viết cho quỹ đạo của các hành tinh và mặt trời trong hệ mặt trời. Trong định luật này đã được áp dụng rằng đường đi của quỹ đạo hành tinh xung quanh mặt trời là hình elip hoặc hình bầu dục.

Định luật này dựa trên những quan sát của Tycho Brahe, được xuất bản dưới dạng Bảng Rudolphine. Kepler lập luận rằng dữ liệu về các vị trí hành tinh mà Brahe quan sát được có thể được viết dưới dạng một công thức toán học đơn giản mà ông đã đưa vào ba loại định luật của Kepler. Sau đây là giải thích về ba loại đánh giá hoàn chỉnh luật Kepler.

  • Định luật đầu tiên của Kepler

Nó đọc như sau:

“Quỹ đạo của mỗi hành tinh khi nó chuyển động quanh mặt trời là một hình elip với mặt trời ở một tiêu điểm.”

Tuyên bố này khá bất ngờ vào thời của ông vì nhiều chuyên gia tin rằng quỹ đạo của hành tinh khi nó xoay quanh một hình cầu hoàn hảo. Khi nhìn từ quỹ đạo, đường quỹ đạo của hành tinh trông không quá hình bầu dục. Nhưng thực ra, đường đi của hành tinh khi nó quay quanh mặt trời là hình elip hoặc hình bầu dục (đọc là: các bộ phận của mặt trời).

Trong một đường tròn, mọi đường thẳng đi qua tiêu điểm của đường tròn hoặc đường kính của nó đều có cùng độ dài. Nó khác trên hình elip. Khoảng cách của dòng từ đầu đến cuối của các hình elip khác nhau cũng sẽ khác nhau. Trên một hình elip, chúng ta có thể vẽ hai đường thẳng từ đầu đến cuối. Một dòng là dòng ngắn nhất, trong khi dòng còn lại là dòng dài nhất. Hai đường thẳng này là hai đường thẳng vuông góc với nhau. Đường ngắn hoặc vuông góc với trục trung tâm là trục nhỏ, trong khi các đường khác là trục chính. Hai tiêu điểm của hình elip nằm ở hai bên của trục chính. Khoảng cách giữa hai tiêu điểm này quyết định độ lệch tâm của chúng. Khoảng cách giữa hai tiêu điểm càng lớn hoặc khi hình elip càng hình bầu dục thì độ lệch tâm càng lớn. Trong một đường tròn hoàn hảo, giá trị của độ lệch tâm này bằng không. Trong đường đi của hành tinh quanh mặt trời, giá trị của độ lệch tâm này không quá lớn, hoặc gần bằng 0, để quỹ đạo của hành tinh là hình elip nhưng không quá hình bầu dục và gần với một hình tròn hoàn hảo.

Với quỹ đạo hình elip này, chúng ta có thể thấy rằng khoảng cách của hành tinh đến mặt trời không phải lúc nào cũng giống nhau, cũng như khoảng cách giữa trái đất và mặt trời. Trái đất có khoảng cách gần nhất và xa nhất với mặt trời. Điều kiện khi trái đất ở gần mặt trời nhất được gọi là điểm cận nhật. Điều kiện khi trái đất ở xa mặt trời nhất được gọi là điểm cận nhật.

  • Định luật thứ hai của Kepler

Nó đọc như sau:

Một đường thẳng tưởng tượng nối hành tinh và mặt trời luôn quét ra những khu vực bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau ”.

Ban đầu, nhiều người nghĩ rằng tốc độ của các thiên thể khi chúng quay quanh mặt trời luôn không đổi hoặc bằng nhau. Tuy nhiên, định luật Kepler II ngụ ý rằng tốc độ của các thiên thể không phải lúc nào cũng giống như khi chúng quay quanh mặt trời.

Vì đường đi của các hành tinh là hình elip, nếu hai đường thẳng tưởng tượng được vẽ nối các hành tinh và mặt trời ở những vị trí khác nhau, chúng sẽ có độ dài đường đi khác nhau. Đối với các độ dài đường đi khác nhau này, hành tinh sẽ tăng chiều dài đường đi này trong cùng một khoảng thời gian nếu khu vực quét qua cùng một khu vực. Điều này có nghĩa là khi chúng ở gần điểm gần nhất hoặc điểm cận nhật nhất, các thiên thể sẽ chuyển động nhanh hơn. Ngược lại, khi ở gần điểm xa nhất hoặc điểm cận nhật, các thiên thể sẽ chuyển động chậm hơn (đọc: đặc điểm của các hành tinh trong hệ mặt trời).

Cũng có thể kết luận rằng tốc độ chuyển động lớn nhất của hành tinh là ở điểm cận nhật, còn vận tốc nhỏ nhất là ở điểm cận nhật. Sự khác biệt về tốc độ này thực ra không đáng kể lắm vì hình dạng elip của quỹ đạo hành tinh có giá trị độ lệch tâm rất nhỏ.

  • Định luật Kepler III

Nó đọc như sau:

“Bình phương của chu kỳ quỹ đạo của một hành tinh (P) tỷ lệ thuận với bậc ba của khoảng cách trung bình của nó từ mặt trời (a).”

Về mặt toán học, câu lệnh này có thể được viết như sau:

P ^ 2 ∝ a ^ 3

Trong đó P là bình phương hoặc bình phương chu kỳ quỹ đạo của một hành tinh hoặc thiên thể, trong khi a là khoảng cách trung bình của một hành tinh hoặc thiên thể khác từ mặt trời.

Phương trình này có thể được kết hợp với định luật hấp dẫn Newton và định luật II Newton để tìm ra công thức mô tả mối quan hệ của lực hấp dẫn với khối lượng của hai thiên thể và khoảng cách giữa chúng.

Trong cuộc sống hàng ngày, ba loại định luật Kepler vẫn được sử dụng rộng rãi trong Thiên văn học. Sau đây là một số chức năng của việc áp dụng ba loại luật của Kepler:

  1. Ước tính hình dạng hoặc quỹ đạo của một hành tinh khi nó quay quanh mặt trời vẫn chưa được phát hiện trước đây. Định luật này cũng có thể được áp dụng cho các thiên thể quay quanh các thiên thể khác, ví dụ vệ tinh tự nhiên của trái đất ở dạng mặt trăng chuyển động theo một quỹ đạo nhất định quanh trái đất.
  2. Bằng cách áp dụng định luật này và dự đoán quỹ đạo của các thiên thể, các thiên thể khác cũng có thể được tìm thấy.

Mặc dù vậy, việc áp dụng các phép tính sử dụng ba định luật Kepler không phải là hoàn hảo vì nó chưa ước tính được một số khía cạnh khác cũng ảnh hưởng đến tính toán như ma sát với khí quyển, thuyết tương đối, sự tồn tại của các thiên thể khác, v.v. Điều này làm cho các điều kiện tính toán không chính xác (đọc: các hành tinh trong hệ mặt trời).

Đây là lời giải thích về các định luật Kepler, sự hiểu biết của chúng, các loại định luật Kepler và vai trò của chúng trong cuộc sống hàng ngày. Hi vọng hữu ích và có thể bổ sung thêm kiến ​​thức cho bạn đọc. Cảm ơn bạn đã đọc.