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万有引力
目次
• 天動説と地動説
• ケプラーの法則
• 万有引力の法則
天動説と地動説
ケプラーの法則
万有引力の法則
天動説(プトレマイオス体系)
プトレマイオスの宇宙(150年)
修正天動説(ティコ・ブラーエ)
地動説(コペルニクス体系)
コペルニクスの宇宙(1510年)
天動説と地動説
 地球が太陽系の中心
 プトレマイオス
(150年)
 ティコ・ブラーエ
(1583年)
天動説 地動説
 太陽が太陽系の中心
 コペルニクス
(1510年)
 ヨハネス・ケプラー
(1609年)
ケプラーの法則
天動説と地動説
万有引力の法則
ケプラーの第一法則
中心天体を一つの焦点とする
だ円軌道を描く。
a:半長軸
b:半短軸
ケプラーの第二法則
(面積速度一定の法則)
• 面積速度と呼ぶ
• 単位は平方メートル毎秒
ケプラーの第二法則
(面積速度一定の法則)
𝜃
r
h
ケプラーの第三法則
半長軸:a 公転周期:T
太陽系に所属する全天体
公転周期
面積速度
軌道の半長軸
だ円軌道
• ケプラーの第一法則
– 中心天体を一つの焦点とする
_____を描く
• ケプラーの第二法則
– _____が一定となる
• ケプラーの第三法則
– 太陽系に所属する全天体
– _____の___が
________の___に
比例する
確認
式
式
2乗
3乗
単位の変換
 時間
 1秒(second)
 長さ
 1メートル
(metre)
 時間
 1年(year)
 長さ
 1天文単位
(astronomical
unit)
地球における単位 太陽系における単位
𝟏.𝟓 × 𝟏𝟎 𝟏𝟏
[m] =1[天文単位]
=1[au]
問29
𝑣1は𝑣2の何倍か?
𝒗 𝟏 =
𝟑
𝟓
𝒗 𝟐
ケプラーの第二法則
𝟏
𝟐
𝒓 𝟏 𝒗 𝟏 =
𝟏
𝟐
𝒓 𝟐 𝒗 𝟐
1.5
天文単位
P
Q
2.5
天文単位
∟
∟
問30
地球: ハレー彗星:
1.0
天文単位
18
天文単位
ハレー彗星の公転周期はいくらか?
ケプラーの第三法則
22 × 2 × 33 2
万有引力の法則
天動説と地動説
ケプラーの法則
アイザック・ニュートン
m
a
F
ニュートンの運動方程式
r
v
m
aF等速円運動
次に加速度aを考えると
運動方程式
より
速度vを考えると
力Fは
𝝎
r
F
v等速円運動
周期Tは
𝒎
𝒎𝒓
𝟐𝝅
𝑻
𝟐
= 𝑭
𝑻 𝟐
𝒂 𝟑
= 𝒌
ケプラーの第三法則
r
v=rω
F
惑星の運動
𝑭 = 𝒎 𝟏 𝒓
𝟒𝝅 𝟐
𝒌𝒓 𝟑
=
𝟒𝝅 𝟐
𝒌
∙
𝒎 𝟏
𝒓 𝟐
より
𝒎 𝟏 𝒓
𝟐𝝅
𝑻
𝟐
= 𝑭
𝒎 𝟏
𝑻 𝟐
𝒓 𝟑
= 𝒌
𝒎 𝟐
𝑻 𝟐 = 𝒌𝒓 𝟑
太陽系に所属する全天体
自身の質量に比例し、
相手までの距離の二乗に反比例する力である
次に作用反作用の法則より
互いに等しい力が働くから
r
v=rωF
惑星の運動
𝒎 𝟏
𝒎 𝟐
𝑭 =
𝟒𝝅 𝟐
𝒌
∙
𝒎 𝟏
𝒓 𝟐
𝑭 = 𝑮 ×
𝒎 𝟏 × 𝒎 𝟐
𝒓 𝟐互いの質量に比例し、
相手までの距離の二乗に反比例する力を考える
万有引力の法則
万有引力定数
問31
太陽と地球の間に働く力
は何ニュートンか?
𝟏. 𝟓 × 𝟏𝟎 𝟏𝟏
m
F
𝟐. 𝟎 × 𝟏𝟎 𝟑𝟎
𝒌𝒈
6. 𝟎 × 𝟏𝟎24
𝒌𝒈
𝟔𝟎𝐤𝐠 𝟔𝟎𝐤𝐠
𝟔𝟎𝐤𝐠 𝟔𝟎𝐤𝐠
𝟔𝟎𝐤𝐠 𝟓𝟗. 𝟑𝐤𝐠
北極上 赤道上
重力
万有引力
重力
遠心力
重力=万有引力+遠心力
𝝎
重力(北極上)
万有引力
重力
遠心力
万有引力重力
重力=万有引力+遠心力
重力(赤道上)
万有引力
重力
遠心力
重力=万有引力+(-遠心力)
万有引力 重力 遠心力
重力(北極上)
𝒎𝒈 = 𝑮
𝑴𝒎
𝑹 𝟐
− 𝒎𝑹𝝎
重力=万有引力+遠心力
重力(赤道上)
重力=万有引力+遠心力
𝒎 𝒈 = 𝑮
𝑴𝒎
𝑹 𝟐
− 𝒎𝑹𝝎 𝟐
(-遠心力)
重力加速度
𝒎 𝒈 = 𝑮
𝑴𝒎
𝑹 𝟐
− 𝒎𝑹𝝎 𝟐
≒
北極上
赤道上
位置エネルギー
• 物体同士の位置エネルギーを比べるとき
星ごとに基準点を定めると比較しにくい
• 宇宙のどこかを基準点とすると
物体同士の位置エネルギーが
比較しやすい
万有引力の位置エネルギー
万有引力を受ける物体の運動
惑星の運動

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Editor's Notes

  1. 紀元2世紀、トレミーの48星座 
  2. ティコ・ブラーエは、1546年 金の付け鼻
  3. コペルニクスは、1473年
  4. ケプラーは1571年 ケプラーはブラーエに共同研究者として招かれた
  5. 1.5×〖10〗^11m 1.5億km
  6. 1.5×〖10〗^11m 1.5億km
  7. 1986年2月9日の接近は、有史以降のハレー彗星の出現の中で、観測に最も不向きだった。 次の接近は、2061年7月28日