مختبر قوانين كبلر الثلاثة ومدارات الكواكب

فيزياء 2 (نظام المسارات) — الفصل الأول: الجاذبية والميكانيكا السماوية

المدار الإهليلجي والبؤرتان (r₁ + r₂ = 2a)
معايير القطع الناقص والمدار
الاختلاف المركزي (Eccentricity e) 0.50
سرعة المحاكاة 1.0×
قياسات البؤرتين والمحاور (AU):
نصف المحور الأكبر (a): 1.00 AU
نصف المحور الأصغر (b = a√(1-e²)): 0.87 AU
المسافة البؤرية (c = a·e): 0.50 AU
الحضيض Perihelion (a - c): 0.50 AU
الأوج Aphelion (a + c): 1.50 AU
مجموع البعدين (r₁ + r₂): 2.00 AU (ثابت)
نص قانون كبلر الأول: مدارات الكواكب إهليلجية، وتكون الشمس في إحدى البؤرتين، بينما تكون البؤرة الأخرى فارغة تماماً.
المساحات المتساوية: تزداد السرعة عند الحضيض وتقل عند الأوج
التحكم في المدار ومسح المساحات
الاختلاف المركزي (e) 0.60
سرعة المحاكاة 1.0×
القياسات الحركية اللحظية:
البعد اللحظي عن الشمس (r): 0.40 AU
السرعة اللحظية (v): 60.0 km/s
سرعة الحضيض القصوى (v_max): 60.0 km/s
سرعة الأوج الدنيا (v_min): 15.0 km/s
نسبة السرعتين (vp / va): 4.00 أضعاف
مساحتان متساويتان في أزمنة متساوية:
• المساحة A₁ (الحضيض): قصيرة وعريضة بسبب السرعة العالية للكوكب.
• المساحة A₂ (الأوج): طويلة ونحيفة بسبب بطء حركة الكوكب.
النتيجة الرياضية: A₁ = A₂ تماماً في نفس الفترة الزمنية Δt.
نص قانون كبلر الثاني: الخط الوهمي الواصل من الشمس إلى الكوكب يمسح مساحات متساوية خلال أزمنة متساوية.
مقارنة مدارين: (T_A / T_B)² = (r_A / r_B)³
أبعاد المدارين (AU)
نصف قطر مدار الكوكب A (الأزرق) 1.00 AU
نصف قطر مدار الكوكب B (البرتقالي) 2.50 AU
التحقق من النسبة التوافقية لكبلر:
الزمن الدوري T_A (A): 1.00 سنة
الزمن الدوري T_B (B): 3.95 سنة
مربع نسبة الزمنين (T_A / T_B)²: 0.064
مكعب نسبة البعدين (r_A / r_B)³: 0.064
تطابق النسبة (T² / r³): 1.000 (متطابق 100%)
الكوكب r (AU) T (سنة) r³ T²
الأرض1.001.001.001.00
المريخ1.521.883.513.53
المشتري5.2011.86140.6140.7
نص قانون كبلر الثالث: مربع النسبة بين زمنين دوريين لكوكبين حول الشمس يساوي مكعب النسبة بين متوسطي بعديهما: (T_A / T_B)² = (r_A / r_B)³.