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केप्लर के ग्रहीय गति के नियम क्या हैं?

कक्षा 11 भौतिकीNCERT अध्याय: गुरुत्वाकर्षणRead this in English

परीक्षा के लिए तैयार उत्तर

केप्लर के तीन नियम: (1) कक्षाओं का नियम: सभी ग्रह दीर्घवृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं और सूर्य इसकी एक नाभि (focus) पर होता है। (2) क्षेत्रफलों का नियम: सूर्य से ग्रह को मिलाने वाली रेखा बराबर समय में बराबर क्षेत्रफल तय करती है। (3) आवर्तकालों का नियम: ग्रह के परिक्रमण काल का वर्ग उसकी कक्षा के अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन के अनुक्रमानुपाती होता है, T² ∝ a³।

विस्तार से समझें

कक्षाओं का नियम: दीर्घवृत्त यानी ellipse एक बंद वक्र है जिसकी दो नाभियाँ होती हैं। सूर्य एक नाभि पर होता है, केंद्र पर नहीं। कक्षा का सूर्य से सबसे पास वाला बिंदु उपसौर (perihelion) और सबसे दूर वाला बिंदु अपसौर (aphelion) कहलाता है। सबसे लंबे व्यास का आधा अर्ध-दीर्घ अक्ष a है। वृत्त भी एक खास दीर्घवृत्त है जिसमें दोनों नाभियाँ एक हो जाती हैं, इसलिए वृत्ताकार कक्षाएँ भी यह नियम मानती हैं।

क्षेत्रफलों का नियम: बराबर समय में सूर्य से ग्रह तक की रेखा बराबर क्षेत्रफल घेरती है। इसलिए ग्रह जब सूर्य के पास (उपसौर पर) होता है तो तेज़ चलता है, और दूर (अपसौर पर) होने पर धीमा। यह नियम कोणीय संवेग संरक्षण से निकलता है। ग्रह पर गुरुत्व बल हमेशा सूर्य की ओर लगता है, यानी केंद्रीय बल है, इसलिए सूर्य के परितः कोई बल-आघूर्ण नहीं बनता और कोणीय संवेग स्थिर रहता है।

आवर्तकालों का नियम: T² ∝ a³, इसलिए सौरमंडल के सभी ग्रहों के लिए T²/a³ का मान लगभग एक जैसा आता है। इसका मतलब सूर्य से ज़्यादा दूर वाला ग्रह एक चक्कर पूरा करने में कहीं ज़्यादा समय लेता है; पृथ्वी को एक साल लगता है, जबकि बाहरी ग्रहों को कई साल। बाद में न्यूटन ने दिखाया कि यह नियम उनके व्युत्क्रम वर्ग गुरुत्वाकर्षण नियम से निकलता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण का नियम भी पक्का हुआ।

याद रखने योग्य बातें

  1. कक्षाओं का नियम: ग्रह दीर्घवृत्ताकार कक्षाओं में घूमते हैं और सूर्य एक नाभि पर होता है।
  2. क्षेत्रफलों का नियम: सूर्य-ग्रह रेखा बराबर समय में बराबर क्षेत्रफल तय करती है।
  3. क्षेत्रफलों का नियम कोणीय संवेग संरक्षण का नतीजा है, क्योंकि गुरुत्व केंद्रीय बल है।
  4. आवर्तकालों का नियम: T² ∝ a³, जहाँ a अर्ध-दीर्घ अक्ष है।
  5. ग्रह उपसौर (सूर्य के सबसे पास) पर सबसे तेज़ और अपसौर (सबसे दूर) पर सबसे धीमा चलता है।

परीक्षा टिप

हर नियम उसके नाम (कक्षाएँ, क्षेत्रफल, आवर्तकाल) के साथ लिखिए और एक दीर्घवृत्त बनाइए जिसमें एक नाभि पर सूर्य, उपसौर, अपसौर और अर्ध-दीर्घ अक्ष a दिखे।

छात्र यह भी पूछते हैं

सूर्य के पास आने पर ग्रह तेज़ क्यों चलता है?
क्षेत्रफलों के नियम के अनुसार बराबर समय में बराबर क्षेत्रफल तय होना चाहिए। सूर्य के पास ग्रह को सूर्य से मिलाने वाली रेखा छोटी होती है, इसलिए उतना ही क्षेत्रफल घेरने के लिए ग्रह को उसी समय में लंबा चाप तय करना पड़ता है। इसलिए उसकी चाल ज़्यादा होती है।
कक्षा का अर्ध-दीर्घ अक्ष क्या होता है?
यह दीर्घ अक्ष, यानी दीर्घवृत्त के सबसे लंबे व्यास, की आधी लंबाई है। किसी ग्रह के लिए यह सूर्य से उसकी सबसे कम और सबसे ज़्यादा दूरी का औसत होता है। वृत्ताकार कक्षा में अर्ध-दीर्घ अक्ष बस उसकी त्रिज्या होती है।
क्या केप्लर के नियम पृथ्वी के उपग्रहों पर भी लागू होते हैं?
हाँ। ये नियम व्युत्क्रम वर्ग वाले केंद्रीय गुरुत्व बल के तहत चलने वाले हर पिंड पर लागू होते हैं। पृथ्वी के चारों ओर घूमने वाले कृत्रिम उपग्रह और चंद्रमा भी यही तीन नियम मानते हैं, बस कक्षा की एक नाभि पर पृथ्वी होती है।

अध्याय के नाम से अपनी किताब में विषय खोजें और अपने संस्करण से मिलान करें; नाम और क्रम बदल सकते हैं। ये Know.it की व्याख्याएँ हैं, आधिकारिक NCERT समाधान नहीं।