مروری بر قوانین کپلر
.
اطلاعات کاربری
درباره ما
دوستان
خبرنامه
آخرین مطالب
لینکستان
نظر سنجی
دیگر موارد
آمار وب سایت

مقدمه:
آنچه که کوپرنيک انجام داد زمينه ساز بزرگترين انقلاب علمي فکري عليه نفوذ اعتقاد بر حريم علوم تجربي شد. احتمالاً خود کوپرنيک نيز از واکنش طرفداران فيزيک
پس از کوپرنيک
واکنش کليسا در برابر آراء کوپرنيک خشمگينانه بود. نقل است مارتين لوتر – پايه‌گذار مذهب پروتستان- به محض آگاه شدن از نظريه با آن به مخالفت برخاسته، گفته بود: «فقط احمق‌ها نجوم را وارونه مي‌کنند. طبق نص کتاب مقدس، اين خورشيد بود نه زمين که يوشع فرمان داد بايستد.» به باور لوتر و همفکرانش، نظريه کوپرنيک نه فقط مخالف عبارات کتاب مقدس بود، بلکه جايگاه رفيع آدمي را – که به عنوان برترين آفريدگان بايد در مرکز جهان هستي قرار داشته باشد- از او مي‌گرفت.
بر خلاف انتظار در کشورهاي پيرو کليساي کاتوليک رم تا مدتها هيچ کس به نظريه کوپرنيک اعتراض نکرد. بي ترديد اهداي کتاب به پاپ پل سوم و پشتيباني کاردينال پرنفوذي چون يوهان ويدمانشتات‌ از آن در ساکت کردن هر نداي اعتراضي نقش داشت. با اين وجود در اواخر قرن شانزدهم اوضاع به تدريج رو به تغيير گذاشت؛ راهبي انقلابي به نام جوردانو برونو که مي‌خواست مسيحيت را با مذهب خورشيد پرستي مصريان باستان درآميزد، نظريه کوپرنيک را جالب توجه يافت و تصميم به حمايت از آن گرفت. با محکوم شدن برونو در دادگاه مذهبي، هر چه که او در نوشته‌هايش مطرح کرده بود نيز مشکوک و ضد دين تلقي شد و اين آغاز مخالفت گسترده کاتوليک‌ها با نظريه کوپرنيک بود که تا زمان اثبات کامل آن در قرن هفدهم ادامه يافت

تيکو براهه

 


کوپرنيک با قرار دادن خورشيد در مرکز منظومه شمسي توصيف بسيار ساده تر و توضيح طبيعي تري در باره برخي از خصوصيات حرکت سياره اي به دست داد. هرچند طرح کوپرنيک بسيار ساده تر از طرح بطلميوس بود، اما چون کوپرنيک نيز به تقدس دايره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلميوس از مدارهاي تدوير و نظاير آن استفاده کرد. تنها تفاوت دو دستگاه اين بود که يکي زمين را مرکز حرکت سيارات مي دانست و ديگري خورشيد را. با آنکه ستاره شناسان از پذيرش دستگاه خورشيد مرکزي کوپرنيک اجتناب مي کردند، اما اين دستگاه تاثير خود را بر انديشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بيشتر مي شد.
اين مجادلات باعث شد که منجمين اطلاعات رصدي بيشتري و دقيق تري به دست آورند. تيکو براهه اين اطلاعات را جمع آوري کرد و اعتقاد داشت که همه ي سيارات بجز زمين به دور خورشيد مي گردند و خورشيد همراه سيارات به دور زمين مي چرخد. در اين دوران يوهان کپلر (1571-1630) به عنوان دستيار نزد تيکو براهه در رصد خانه ي پراگ مشغول کار شد
پس از کوپرنيک ، کپلر نخستين منجم نامداري بود که نظريه مرکزيت خورشيد را اتخاذ کرد ، اما معلوماتي که تيکو براهه ثبت کرده بود نشان داد که اين نظريه به صورتي که کوپرنيک بدان بخشيده بود ، نمي تواند کاملا صحيح باشد. با اين وجود ظرفداري کپلر از دستگاه خورشيد مرکزي کوپرنيک مورد پسند تيکو براهه نبود. هنوز يکسال از همکاري اين دو نگذشته بود که تيکو براهه فوت کرد و تمام رصدهايي را که جمع آوري کرده بود به عنوان ارثيه اي ارزشمند براي کپلر باقي گذارد.
پس از مرگ تيکو براهه، کپلر به توده ي عظيمي از رصدهاي بسيار دقيق در حرکت سيارات دست يافت. بعداً مسئله به اين صورت در آمد که الگويي براي حرکت سيارات ارائه دهد که دقيقاً با مجموعه رصدهاي انجام شده مطابقت کند.
بدين ترتيب کپلر نياز داشت که ابتدا به کمک تخيل جواب موجهي را حدس بزند و سپس با پشتکار، کوهي از محاسبات کسل کننده را انجام دهد تا حدس خود را تاييد يا رد کند.

توفيق بزرگ کپلر همانا کشف سه قانون حرکت سيارات است دو تا از اين قوانين را وي در 1609 و سومي را در 1619 انتشار داد.
کپلر در 1609 ناگهان به نيروي الهام متوجه حقيقتي شد، سياره مريخ روي مسير بيروني است. نبوغ کپلر با کشف بيضي بودن شکل حقيقي مسير زمين به دور خورشيد ظاهر شد که پيش از آن يک دايره کامل دانسته و پذيرفته شده بود. وقتي کپلر مسير بيضي شکل سياره را کشف کرد شروع به پيش بيني حرکت آن نمود و گفت که فلان وقت بايد در فلان موضع قرار گيرد و همه جا يتاره را در رأس موعد در محل موعد مشاهده کرد. او آن نتيجه را از راه محاسبه رابطه موقعيتهاي مکاني زمين و مريخ و خورشيد با يکديگر گرفت، زيرا داده‌هاي رصدي تنها در يک مسير بيضي صدق مي‌کردند.



کپلر در پي انجام آن کار دست به کار انجام محاسبات مربوط به حرکت و مدار سيارات شناخته شده ديگر شد. دست آورد او در آن زمينه با در نظر گرفتن پيشرفت کم رياضيات در آن زمان بسيار بزرگ و چشمگير بود، وي علاوه بر کشف انطباق دقيق ارقام معلومات رصدي با بيضي بودن مدارها کشف کرد که سرعت حرکت هر سياره به دور خورشيد با فاصله آن از خورشيد نسبت عکس دارد. در سال 1609 در کتاب(نجوم جديد) دو قانون که اولي نام او را ابدي ساخته ذکر نموده، اين بار ديگر حرکت دايره‌اي که اينقدر در نظر بطلميوس عزيز بوده‌اند به کلي از بين رفت و نجوم قديم را همراه خود برد.
پس از سال‌ها کار، وي به نخستين کشف مهم خود رسيد و چنين يافت که سيارات در حرکت خود به گرد خورشيد يک مدار کاملاً دايره شکل نمي‌پيمايند بلکه همة آنها بر روي بيضي‌هايي حرکت مي‌کنند که خورشيد در يکي از دو کانون آنها قرار دارد. همچنين وي در نخستين‌بار اصل ماند (اصل جبر) را در مکانيک حدس زد که بعدها بوسيلة گاليله صورت تحقيق يافت.

قوانين کپلر

کپلر پس از چندين سال مطالعه در حرکت سيارات در سال 1618 موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پايه آن يافته‌ها قوانين سه گانه زير را درباره حرکت سيارات بيان کرد:



1-مدار حرکت سيارات به گرد خورشيد يک بيضي است که خورشيد در يکي از دو کانون آن قرار دارد.


2- خط وصل کننده هر سياره به خورشيد در زمانهاي مساوي مساحت هاي مساوي جاروب مي‌کند.




قانون دوم را مي‌توان به صورت زير نيز بيان کرد: زماني که سياره دور بيضي مسير در حرکت است فاصله تا خورشيد زيادتر و سرعت حرکت کمتر است، به تدريج که سياره به نقاط نزديک بيضي مسير مي‌رسد، سبب مي‌شود فاصله تا خورشيد کمتر و سرعت سياره زيادتر مي‌شود. اين تغيير در سرعت سبب مي‌شود که سياره چه به خورشيد نزديک و چه از آن دور باشد، مساحت در نور ديده‌اش در فضا در فواصل زماني ثابت ، ثابت مي‌ماند.
3 - مکعب فاصله متوسط هر سياره تا خورشيد با مربع زمان يک دور کامل گردش سياره تناسب مستقيم دارد.

 


قانون سوم کپلر را هم مي‌توان به اينگونه بيان کرد: هرگاه فاصله متوسط هر سياره تا خورشيد به توان سه و زمان کامل شدن يک دور سياره به توان دو رسانده و نسبت اعداد حاصل تشکيل شود. اين نسبت همواره ثابت و براي تمام سيارات يکي است گذشته از اين ، کپلر نخستين بار اصل ماند (اصل جبر) را در مکانيک حدس زد که بعدها بوسيله گاليله صورت تحقق يافت.
کپلر براي بدست آوردن اين فرمول 7 سال تلاش کرد . در آن زمان فاصله واقعي ميان خورشيد و سيارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله يک سياره تا خورشيد به فاصله زمين تا خورشيد ميسر بود . مثلا کپلر مي دانست که نيم قطر اطول مدار مريخ تقريبا 1.5 برابر نيم قطر اطول مدار زمين است . حال او متوجه شد اگر در هر سياره نيم قطر اطول را به توان 3 و دوره گردش را به توان 2 برسانيم . دو رقم بدست آمده باهم برابر مي شوند و فقط اختلافهاي اندکي براي برجيس (مشتري) و کيوان (زحل) ديده مي شود.

کپلر در 15 نوامبر 1631 در اطاق ميخانه‌اي زندگي را بدرود گفت. کپلر به زودي پس از مرگ از خاطرها رفت و هيچ کس آثار او را مطالعه نمي‌کرد، ولي دوران افتخار او زماني آغاز گرديد که اسحاق نيوتن و لاپلاس شناخته شدند، او خود قبلاٌ در اين خصوص چنين نوشته بود، من کتاب خود را مي‌نويسم خواه خوانندگان آن مردان فعلي يا آيندگان باشند تفاوتي ندارد. اين کتاب مي‌تواند سالها انتظار خوانندگان واقعي خود را بکشد، مگر نه خداوند شش هزار سال انتظار کشيد تا تماشاگري براي آثار او پيدا شد.
در زمان کپلر دو قانون اول فقط در مورد مريخ قابل اثبات بود . در مورد ساير سيارات رصد ها با آن قوانين سازش داشت ، منتهي چنان نبود که آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلايل قطعي در تاييد آنها بدست آمد .
کشف قانون اول ، يعني اينکه سيارات روي مدارات بيضوي حرکت مي کنند ، بيش از آنکه براي مردم امروز به آساني قابل تصور باشد مستلزم کوشش در رها ساختن گريبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نکته اي که همه ي ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند اين بود که همه ي حرکات سماوي ، دوراني است يا از حرکات دوراني ترکيب شده است .
قرار دادن بيضي به جاي دايره ، مستلزم رها کردن آن تمايل زيباشناختي بود که از زمان فيثاغورث به بعد بر نجوم حکومت کرده بود . دايره شکل کامل و افلاک سماوي اجسام کامل شناخته مي شدند _ که در اصل مقام خدايي داشتند و حتي در آثار افلاطون و ارسطو نيز رابطه ي نزديکي با خدايان دارند . واضح به نظر مي رسيد که يک جسم کامل بايد بر يک مدار کامل حرکت کند . به علاوه چون اجسام آسماني آزادند ، يعني بي اينکه کشيده يا رانده شوند حرکت مي کنند ، پس حرکت آنها بايد طبيعي باشد و تصور اينکه دايره طبيعي است و بيضي چنين نيست امر آساني بود . بدين ترتيب بسياري از باورهاي ذهني عميق مي بايست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول کپلر بتواند مورد قبول واقع شود .

قانون دوم مربوط به سرعت متغير سياره در نقاط مختلف مدار خويش است. بنابراين سياره در نزديک ترين فاصله ي خود به خورشيد ، بيشترين سرعت را دارد و در دورترين فاصله ي خود از خورشيد ، کمترين سرعت را .
اين نکته هم باز سبب حيرت مي شد زيرا که وقار و متانت سياره مغاير اين بود که گاهي شتابان و گاهي خرامان راه برود !

قانون سوم از اين لحاظ مهم بود که حرکت سيارات مختلف را نسبت به هم مي سنجيد . قانون سوم مي گويد که اگر r فاصله ي متوسط يک سياره نسبت به خورشيد و Tطول سال آن باشد . پس r^3/T^2 در مورد همه ي سيارات يک اندازه است . اين قانون ( تا آنجا که به منظومه ي شمسي مربوط مي شود ) دليل قانون جادبه ي نيوتن قرار گرفت
نتيجه: آنچه که کپلر انجام داد، از جزئيات يعني رصدهاي موضعي، به کليات يعني مسير حرکت سيارات دست يافت. سه قانون کپلر از رويدادهاي بسيار مهم علم است که بطور کامل تقدس دايره ها را در هم شکست و نظريه کپرنيک را از حمايت موثري برخوردار کرد. اين قوانين نشان داد که اگر خورشيد به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حرکت سيارات را مي توان به آساني توصيف کرد. اما اشکال اين قوانين آن بود که صرفاً تجربي بود، يعني فقط مسير حرکت مشاهده شده را بيان مي کردند، بي آنکه هيچگونه تعبير نظري در باره ي آنها به دست بدهند. يا در مورد منشاء اين قواعد توضيح نمي داد.
همزمان ارائه اين قوانين توسط کپلر، واقعه ي بزرگي در شرف تکوين بود. گاليله در زمان ارائه اين قوانين به حرکت اجسام، آونگ، نور ... مي انديشيد و دست به آزمايشهاي سرنوشت سازي مي زد. بطور قطع اين دو نفر در شکل گيري انديشه هاي نيوتن نقش برجسته اي داشتند.





:: برچسب‌ها:
قوانین کپلر , مسیر حرکت ماهواره ها به دور زمین ,
:: بازدید از این مطلب : 6124
|
امتیاز مطلب : 6
|
تعداد امتیازدهندگان : 2
|
مجموع امتیاز : 2
ن : محمد اژدهاکش
ت : شنبه 11 بهمن 1393
.
مطالب مرتبط با این پست
می توانید دیدگاه خود را بنویسید


نام
آدرس ایمیل
وب سایت/بلاگ
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O };-
:B /:) =DD :S
-) :-(( :-| :-))
نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

آپلود عکس دلخواه:








صفحات
نویسندگان
آرشیو مطالب
مطالب تصادفی
مطالب پربازدید
چت باکس
تبادل لینک هوشمند
پشتیبانی