开普勒与行星运动定律的发现.ppt

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   开普勒又依据已知的地球轨道和运行时间来寻求火星的轨道。每隔一个火星年,火星总在同一个位置,而地球却处于自己轨道上的两个位置,从这两个位 4 和谐定律的提出 行星  T   R     水星 0.241  0.387   火星 1.881  1.524   金星 0.615  0.723   木星 11.862 5.203   地球 1.000  1.000   土星 29.457 9.539  这些数字之间到底有甚么联系?开普勒看来看去,这些数字四散在桌子上,它们之间就像多瑙河里的鱼,桌上的蜡与天花板上的尘土一般,看不出一点的联系。但是开普勒坚信宇宙是一个和谐的整体。他   和数学家毕达哥拉斯一样,认为世间一切物体都有一定的和谐的数量关系。 于是他使将这一堆数字互加、互减、互乘、互除、自乘、自除,翻来倒去,想碰碰能否发现它们之间的规律。这样变了一阵“魔方”,但终究还是乱麻一团。 4 和谐定律的提出  经过了好几年,他一直在做这样子的数学运算,甚至有人已经开始怀疑他的神经是否正常了。就这样过了九年,灵光突现,开普勒终于走出了迷宫。又要引那句被人们引用了无数次的诗了,“踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫”。 原来,他在很少有人了解和支持的困难情况下,经过无数次的失败,他终于找到一个奇妙的规律。他在原来的那个表里增添两列数字: T2和 R3 4 和谐定律的提出   原来,结果是如此简单,第一列公转周期的平方不是刚好等于第二列相对距离的立方吗?即R3 =KT2 4 和谐定律的提出 行星  T   R  T2  R3   水星 0.241 0.387 0.058 0.058   金星 0.615 0.723 0.378 0.378   地球 1.000 1.000 1.000 1.000   火星 1.881 1.524  3.54  3.54   木星 11.862 140.7 140.7 140.7   土星 29.457 867.7 867.7 867.7  当开普勒耗尽心血,发现第三定律时,他情不自禁地写到:“…这正是我十六年以前就强烈希望探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相,认识到这一真理,这已超出我的 最美好的期望。大事告成,书已写出,可能当代就有人读它,也可能后世才有人读它,甚至可能要等一个世纪才有读者,就像上帝等了六千年才有信奉者一样,这我就管不着了。” 4 和谐定律的提出  这个定律称为和谐定律,它表明各个行星的运动速度和轨道大小之间很有节奏的比例关系,就像音乐中的和声一样。 行星运动三定律的发现,一方 面是基本上把握了太阳系的空间位置,在理论上发展了哥白尼学说;另一方面,客观上也为经典天文学奠定了基石,并导致数十年后万有引力定律的发现。 4 和谐定律的提出 开普勒第三定律,也称和谐定律: 各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。 即R3 =KT2 4 和谐定律的提出  行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石,并导致数十年后万有引力定律的发现。哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道是圆形的,且是匀速运动的。开普勒第一和第二定律恰好纠正了哥白尼的上 述观点的错误,对哥白尼的日心说做出了巨大的发展,使日心说更接近于真理。更彻底地否定了统治千百年来的托勒密地心说。开普勒还指出,行星与太阳之间存在着相互的作用力,其作用力的大小与二者之间的距离长短成反比。 5 开普勒定律在天文学上的意义  开普勒不仅为哥白尼日心说找到了数量关系,更找到了物理上的依存关系,使天文学假说更符合自然界本身的真实。 “开普勒定律”的确立,标志着本轮系彻底垮台,行星的复杂运动,立刻就失去其神秘性。从而使天空世界有了“法律”。 不知是什么原因,开普勒的这些重大发现却没有引起与他同时代的伽利略的足够重视。两人毕生都为哥白尼学说而奋斗,他们又是朋友,时有书信往来,然而对于开普勒的这一决定性的进展,伽利略一生和著作中竟没有留下任何痕迹。这也是科学史上的一桩怪事! 5 开普勒定律在天文学上的意义  开普勒定律在天文学上有十分重大的意义:   首先,开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。远在哥白尼创立日心宇宙体系之前,许多学者对于天动地静的观念就提 出过不同见解。但对天体遵循完美的均匀圆周运动这一观念,从未有人敢怀疑。开普勒却毅然否定了它。这是个非常大胆的创见。哥白尼知道几个圆合并起来就可以产生椭圆,但他从来没有用椭圆来描述过天体的轨道。正如开普勒所说,“哥白尼没有觉察到他伸手可得的财富”。 5 开普勒定律在天文学上的意义  其次,开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系,把哥白尼体系从

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