Keplers love og Epicykler



Relaterede dokumenter
Den syvende himmel. Ib Michelsen. Ikast

Månedens astronom februar 2006 side 1. 1: kosmologiens fødsel og problemer

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Hvordan Kepler fandt sine love

Matematiske hjælpemidler. Koordinater. 2.1 De mange bredder.

. Verdensbilledets udvikling

Verdensbilleder i oldtiden

Keplers Love. Om Kinematik og Dynamik i Renæssancens Astronomi. Folkeuniversitetet 9. oktober 2007

Kristina Schou Madsen Videnskabsteori

Verdensbilleder. Oldtidskundskab C og Fysik B Jens Jensen 3x Rungsted Gymnasium

Kometer. Af Mie Ibsen & Marcus Guldager Nordsjællands Grundskole & Gymnasium.

Solsystemet. Præsentation: Niveau: 7. klasse. Varighed: 4 lektioner

NOGET OM ELLIPSEN. Mogens Esrom Larsen 20. april Institut for Matematiske Fag Matematisk Afdeling Københavns Universitet

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Verdensbilleder Side 1 af 7

Udledning af Keplers love

Formalia Fy/hi opgave pa Svendborg Gymnasium og HF

TYCHO BRAHE OG SOLSYSTEMET

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

Figur 2: Forsiden af Dialogue fra 1632.

א א. Copernicus والشمس (الشكل א א א.

Naturlove som norm. n 1 n 2. Normalen

Keplers verdensbillede og de platoniske legemer (de regulære polyedre).

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. 1, og et punkt er givet ved: (2, 1)

Vektorfunktioner Parameterfremstillinger Parameterkurver x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Ole Christensen Rømer

Verdensbilleder - Venus' faser

Matematikprojekt Belysning

Undervisningsbeskrivelse

Formelsamling i astronomi. Februar 2016

Formelsamling i astronomi. November 2015.

Vektorer og lineær regression

Projekt 3.8. Månens bjerge

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Projekt 6.5 Ellipser brændpunkter, brændstråler og praktisk anvendelse i en nyrestensknuser

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Geometriske konstruktioner: Ovaler og det gyldne snit

Lad kendsgerningerne tale

Mellem stjerner og planeter

Antik og Moderne Kosmologi. Søren Hindsholm

Øvelse 1. bygges op, modellen

Opgaveformuleringer til studieprojekt - Matematik og andet/andre fag:

Projekt 6.4 Trigonometriens oprindelse - Ptolemaios kordetabeller

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Tro og viden om universet gennem 5000 år

Venus relative størrelse og fase

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2017

Fraktaler Mandelbrots Mængde

Løsning til øvelse 7.8, side 272: Københavns Politigård

GUX. Matematik. A-Niveau. August Kl Prøveform a GUX152 - MAA

Studieretningsopgave

Grønland. Matematik A. Højere teknisk eksamen

GUX. Matematik. B-Niveau. Fredag den 29. maj Kl Prøveform b GUX151 - MAB

MODELSÆT 2; MATEMATIK TIL LÆREREKSAMEN

Bjørn Felsager, Haslev Gymnasium & HF, 2003

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Keplers ellipse. Perihel F' Aphel

Undervisningsbeskrivelse

Differential- regning

Teoretiske Øvelser Mandag den 31. august 2009

Kasteparabler i din idræt øvelse 1

Undervisningsbeskrivelse

Mennesket og Universet. En historisk rejse i Kosmos med Louis Nielsen

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Naturvidenskab. En fællesbetegnelse for videnskaberne om naturen, dvs. astronomi, fysik, kemi, biologi, naturgeografi, biofysik, meteorologi, osv

Jorden placeres i centrum

Lysets hastighed. Navn: Rami Kaddoura Klasse: 1.4 Fag: Matematik A Skole: Roskilde tekniske gymnasium, Htx Dato:

z j 2. Cauchy s formel er værd at tænke lidt nærmere over. Se på specialtilfældet 1 dz = 2πi z

Svar på sommeropgave (2019)

Matematik i grundforløbet

UENDELIGHEDER OG VERDENSBILLEDER KEMI OG FYSIK

MATEMATIK A-NIVEAU 2g

SANDELIG! INDHOLD. Dette materiale er ophavsretsligt beskyttet og må ikke videregives

VEKTORGEOMETRI del 2 Skæringer Projektioner Vinkler Afstande

MATEMATIK A-NIVEAU. Kapitel 1

KOSMOLOGIENS HISTORIE

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 2

Funktioner generelt. for matematik pä B-niveau i stx Karsten Juul

Temaopgave: Parameterkurver Form: 6 timer med vejledning Januar 2010

Vinklens påvirkning på skuddet af Claus Kjeldsen

Projektopgave 1. Navn: Jonas Pedersen Klasse: 3.4 Skole: Roskilde Tekniske Gymnasium Dato: 5/ Vejleder: Jørn Christian Bendtsen Fag: Matematik

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 1

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Maj-juni 2013 Institution

Et eksempel på en todimensional normalfordeling Anders Milhøj September 2006

Matematik A Terminsprøve Digital prøve med adgang til internettet Torsdag den 21. marts 2013 kl indd 1 20/03/12 07.

LINEÆRE DEFORMATIONER AF PLANE FIGURER OG MODELERING AF GÆRCELLERS VÆKST

Analytisk Geometri. Frank Nasser. 11. juli 2011

En sumformel eller to - om interferens

Progression frem mod skriftlig eksamen

Kortlægningen af den ydre og indre verden

Teorien. solkompasset

Om ensvinklede og ligedannede trekanter

Undervisningsbeskrivelse

Netopgaver. Kapitel 4 At tilpasse kurver til punkter

i x-aksens retning, så fås ). Forskriften for g fås altså ved i forskriften for f at udskifte alle forekomster af x med x x 0

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Transkript:

Keplers love og Epicykler Jacob Nielsen Keplers love Johannes Kepler (57-60) blev i år 600 elev hos Tyge Brahe (546-60) i Pragh, og ved sidstnævntes død i 60 kejserlig astronom. Kepler stiftede således bekendtskab med Tyge Brahes observationsdata, der på den tid var enestående med hensyn til nøjagtighed og omfang. Gennem studier af specielt Brahes observationer af Mars bane viste Kepler ad induktiv vej tre love om planeternes bevægelse om solen. Kepler sad møjsommeligt og prøvede, at finde en matematisk sammenhæng i de enorme mængder af observationsdata. Det tog otte års møjsommeligt arbejde, at komme frem til de første to love. Først i kraft af Newtons (64-77) arbejde offentliggjort i "Principia" 687 kunne Keplers love udledes deduktivt; det vil sige ud fra mere grundlæggende love alene ved hjælp af matematik og logik. Kepler opstillede for øvrigt i 604 principperne for fremstilling af en kikkert ved hjælp af to samlelinser. I 608 behandledes i Haag en patentansøgning, omhandlende en kikkert fra to nederlandske brillemagere Lippershey og van Alkmaar. Galilei hørte rygtet herom i 609, og i 60 opdagede han ved hjælp af en kikkeert af eget fabrikat måner omkring Jupiter. Galilei sluttede, at jorden måtte udføre en lignende bevægelse om solen. Det vidste Kepler altså allerede, men han gik mere stille med dørene end Galilei, der som bekendt kom i konflikt med kirken, fordi han argumenterede for det heliocentriske verdensbillede. Nicolaus Kopernikus (47-54) lægger, på grund af sine tanker offentliggjort 54 i "De Revolutionibus Orbium Coelestium Libri", navn til "Den Kopernikanske Revolution", det vil sige det heliocentriske verdensbilledes sejr over det geocentriske. Der var ikke tale om nogen revolution, i betydningen: pludselig voldsom omvæltning, og nådestødet fik det geocentriske verdensbillede først i kraft af Keplers og Galileis arbejde, hvor Kopernikus ideer blev eksperimentelt bekræftet. Fra dette tidspunkt måtte det virke stærkt utroværdigt på oplyste mennesker, at tale for et geocentrisk verdensbillede. Her er samspillet mellem Galileis grundlæggelse af den naturvidenskabelige metode og de øvrige intellektuelle strømninger i renæssancen naturligvis centralt. Keplers første lov (609) Planeterne bevæger sig i ellipsebaner med solen i det ene brændpunkt. Keplers anden lov (609) Forbindelseslinjen mellem solen og planeten overstryger i lige store tidsrum lige store arealer. Keplers tredje lov (68) Idet planetens omløbstid betegnes T og den halve storakse a gælder der: k er en konstant, der kun afhænger af centrallegemets masse. Datadrev\Astronomi\Kepler og Epicykler700.wpd

Definition af ellipen: Givet to ikke sammenfaldende punkter i planen, F og F. En ellipse er så mængden af punkter, for hvilke summen af afstanden til de to punkter F og F er lig med en konstant a. Vi må kræve, at a > dist(f;f). F og F kaldes ellipsens brændpunkter og a er storaksens længde. Definitionen hænger sammen med, at man kan tegne en ellipse ved hjælp af to søm og en snor, der er længere end afstanden mellem sømmene. Prøv selv ved lejlighed. Sætning ellipsens brændpunkter og akser Betragt et koordinatsystem, hvor ellipsens storakse ( længde a) falder sammen med førsteaksen, og lilleaksen ( længde b ) med andenaksen. Her vil brændpunkterne have koordinaterne: F = (-a e; 0) F = (a e; 0) hvor excentriciteten er defineret ved ligningen: Excentriciteten er således et tal mellem nul og en. Jo større excentriciteten er, jo mere aflang er ellipsen. Hvis du vil vide mere om ellipser kan du for eksempel se i bogen, der er henvist til i fodnote nr.. Hvis ellipsen er tegnet ud fra epicykler, for eksempel med programmet EPICYKC.fpr, hvor radius i deferentcirklen er R og radius af epicyklerne er R, så gælder der: def epi Sætning afstand til brændpunkter Afstanden mellem to punkter, P = (x ; y ) og Q = ( x ; y ) er givet ved formlen: Summen af afstanden til brændpunkterne kaldes i programmet fpf, og den er givet ved: Bevægelsen opfylder Keplers første lov, hvis fpf er konstant under planetens bevægelse. Carstensen og Frandsen, "Matematik ", Systime 990 Epicykler er beskrevet på side.

Epicykler Ptolemaios levede omkring år 50 i Alexandria. Han beskrev planeternes bevægelse i sit værk Almagest, der var grundlaget for det astronomiske verdensbillede helt frem til Keplers tid. Ptolemaios beskrev planetbanerne ved hjælp af epicykler. Figuren viser en ellipse, hvor den halve storakse er a og den halve lilleakse er b. Den store cirkel - deferentcirklen - har centrum i origo og radius R def. De små cirkler - epicyklerne har centrum på den store cirkel og radius R. epi Pilene forbinder centrum for de små cirkler og skæringspunktet mellem cirklen og ellipsen. Herved fremkommer et lille ur, hvor viseren bevæger sig fra klokken tre til klokken seks, når urets centrum bevæger sig fra klokken tre på det store ur til klokken tolv. Det store ur har altså retrograd bevægelse. Epicykelmodellen var en ren matematisk model ligesom Keplers ellipsemodel. En fysisk model får vi først i Newtons (64-77) Principia fra 687. Her forklares planeternes bevægelse ud fra et dybere princip nemlig gravitationsloven (tyngdekraften). Opgave. Konstruer ved hjælp af små og store ure - epicykler, en ellipse med a = og b = 8.

Efterprøvning af første lov. Opgave epicykler og Kepler I a) Tegn en ellipse ved hjælp af FPRO programmet EPICYKC.fpr - eller et lignende program. Programlinjerne er iøvrigt vedlagt i bilag. b) Aflæs koordinaterne til en række punkter på ellipsen. Programmet har et værktøj til aflæsning af koordinaterne af et punkt. c) Beregn for hvert af punkterne summen af afstandene til de to brændpunkter. Drag en konklusion.. Efterprøvning af anden lov. Sætning trekants areal Med kendskab til vektorregning kan man forholdsvis enkelt beregne en trekants areal ud fra koordinaterne til trekantens hjørner. Her gives formlen uden bevis. Koordinaterne til trekantens hjørner betegnes som følger: (x ; y ), (x ; y ) hhv. (x ; y ). Arealet af trekanten, der udspændes af de tre punkter, bliver: Opgave epicykler og Kepler II a) Brug arealsætningen ovenfor til beregning af arealet af en trekant, hvor du også kan beregne arealet med en anden metode. Du skulle så gerne få samme resultat med de to metoder. b) Aflæs koordinaterne til en række punkterpar på ellipsen. Hvert par kan f.eks. have en tidsforskel mellem parrets punkter på 0 dage, hvis omløbstiden er 65,5 dage. Det vigtige er, at tidsforskellen er den samme for alle punkter. Keplers lov siger jo så, at det overstrøgne areal svarende til alle punktpar bliver det samme. c) Beregn arealet af trekanterne, der hver især er defineret ved et punktpar og et brændpunkt. 4

Bilag EPICYKC.fpr FPRO-programmet EPICYKC.fpr KLAR {Bevægelse med en epicykel FIL: epicykc.fpr Ni} { Programmet tegner banekurven samt en epicykel } { Tdef er omløbstiden på deferentcirklen - positiv mod uret, Tepi er omløbstiden på epicyklen } { Ellipser fremkommer, når Tdef og Tepi er numerisk lige store, og har hvert sit fortegn } Tdef := -65.5 { dage } Tepi := 65.5 { dage } Fdef := /Tdef Fepi := /Tepi { Rdef er radius af deferentcirklen } Rdef := Repi := 0.5 t := 0 { dage } dt := 0. { dage } x := 0 y := 0 { Fase er faseforskellen mellem de to cirkelbevægelser } Fase := 0 LØKKE x := Rdef*cos(Fdef**PI*t) + Repi*cos(Fepi**PI*t + Fase) y := Rdef*sin(Fdef**PI*t) + Repi*sin(Fepi**PI*t + Fase) t := t + dt 5