กฎของเคพเลอร์

posted on 02 Sep 2008 18:16 by drive32569
กฎข้อที่หนึ่งของเคพเลอร์

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 เคพเลอร์ได้ศึกษาการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ โดยใช้ข้อมูลการสังเกตการณ์การเคลื่อนที่ของดาวอังคาร ที่บันทึกโดยไทโค บราเฮ (Tycho Brahe) เคพเลอร์มีความเชื่อว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง ของระบบสุริยะ ตามแนวความคิดของ นิโคลัส โคเพอร์นิคัส (Nicholas Copernicus) ต่อมาเคพเลอร์ได้ประสบความสำเร็จในการทดสอบแบบจำลองการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ โดยพบว่า ดาวอังคารมีวงโคจรเป็นรูปวงรี มีดวงอาทิตย์อยู่ในตำแหน่งที่จุดโฟกัสหนึ่ง วงโคจรของดาวอังคารมีค่าความรี(Eccentricity) น้อยมากประมาณ 0.1 เคพเลอร์ได้ขยายผลอันนี้ใช้กับดาวเคราะห์ดวงอื่นด้วย 
และตั้งเป็นกฎข้อที่หนึ่งว่า “ดาวเคราะห์ทุกดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรี มีดวงอาทิตย์อยู่ในตำแหน่งโฟกัส” ซึ่งหมายความว่า เราสามารถหาระยะห่างจากดาวเคราะห์ถึงดวงอาทิตย์ได้จาก สมการของคณิตศาสตร์วงรี

กฎข้อที่สองของเคพเลอร์

และในช่วงเวลาที่เคพเลอร์เสนอกฎข้อที่หนึ่ง เขาได้เสนอกฎข้อที่สอง มาพร้อมกันด้วยว่า“เส้นตรงที่ลากจากดวงอาทิตย์ถึงดาวเคราะห์จะกวาดพื้นที่ภายในวงโคจรเท่ากัน ในช่วงเวลาที่เท่ากัน” ซึ่งอาจแปลความหมายได้อีกว่า เมื่อดาวเคราะห์โคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ จะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น และเมื่อดาวเคราะห์โคจรห่างออกไปจากดวงอาทิตย์ จะมีการเคลื่อนที่ช้าลง และยังคงสอดคล้องกับกฎแห่งความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน

 

เห็นได้ว่า โมเมนตัมเชิงมุม L จะคงที่อยู่ได้นั้นขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ v กับระยะทางระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์ r เมื่อระยะทางระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์มีค่ามาก ความเร็วสัมพัทธ์ของดาวเคราะห์จะต้องมีค่าน้อย และในทางกลับกัน เมื่อระยะทางระหว่างดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์มีค่าน้อย ความเร็วสัมพัทธ์ของดาวเคราะห์ v จะต้องมีค่ามาก เพื่อชดเชยให้ค่าโมเมนตัมเชิงมุม L คงที่ 

 

กฎข้อที่สามของเคพเลอร์ 

ต่อมาในปีค.ศ. 1619 เคพเลอร์ได้เสนอกฎข้อที่สามว่า “ ค่ากำลังสองของคาบการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่ากำลังสามของความยาวครึ่งแกนหลักของวงโคจร ” 
สมการนี้ ใช้ได้กับคู่การโคจรของสองวัตถุใดๆก็ได้ เช่น กรณีของดาวบริวาโคจรรอบดาวเคราะห์ มีประโยชน์มากในการหาค่ามวลรวมของดาวเคราะห์และดาวบริวาร