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Die Planeten unseres Sonnensystems bewegen sich auf Ellipsenbahnen um die Sonne. Das dritte Kepler'sche Gesetz lautet: Das Verhältnis der Quadrate der Umlaufzeiten \( T_{1} \) bev. \( T_{2} \) zweier Planeten um die Sonne ist genauso groß wie das Verhältnis der dritten Potenzen der großen Halbachsen \( r_{1} \) bzw. \( r_{2} \) ihrer Umlaufbahnen: \( \frac{T_{1}^{2}}{T_{2}^{2}}=\frac{r_{1}^{3}}{r_{2}^{3}} \).

a) Die Umlaufzeit der Erde beträgt 365,26 Tage, die der Venus 224,7 Tage. Die große Halbachse der Erdumlaufbahn ist 1,496 \( \cdot 10^{8} \mathrm{~km} \) lang. Bestimme die Länge der großen Halbachse der Venuslaufbahn.

b)Die große Halbachse der Halbachse der Marsumlaufbahn ist 2,279 \( \cdot 10^{8} \mathrm{~km} \) lang. Berechne die Umlaufzeit des Mars um die Sonne.

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Aloha :)

Du kannst die angegebene Gleichung etwas umstellen:$$\frac{T_1^2}{T_2^2}=\frac{r_1^3}{r_2^3}\quad\implies\quad\frac{r_1^3}{T_1^2}=\frac{r_2^3}{T_2^2}\coloneqq c=\text{const}$$Das heißt für jedes Sonnensystem ist das Verhältnis von \(r^3\) zu \(T^2\) konstant.

Für unser Sonnensystem bestimmen wir diese Konstante \(c\) aus den Daten für die Erde:$$\frac{r^3}{T^2}=c=\frac{(1,496\cdot10^8\,\mathrm{km})^3}{(365,26\,\mathrm d)^2}\approx2,50952\cdot10^{19}\frac{\mathrm{km}^3}{\mathrm d^2}$$

zu a) Für die Venusbahn gilt \(T=224,7\,\mathrm d\), daher beträgt die große Halbachse:$$\frac{r^3}{T^2}=c\implies r^3=cT^2\implies r=\sqrt[3]{cT^2}\approx1,0821\cdot10^{8}\,\mathrm{km}\approx108\,\mathrm{Mio. km}$$

zu b) Für die Marsbahn gilt \(r=2,279\cdot10^8\,\mathrm{km}\), daher beträgt die Umlaufzeit:$$\frac{r^3}{T^2}=c\implies T^2=\frac{r^3}{c}\implies T=\sqrt{\frac{r^3}{c}}\approx6,8679\cdot10^2\,\mathrm d\approx686,8\,\mathrm d$$

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die Formel mit 4 Variabeln steht schon da; 3 Variabeln sind gegeben. Also Werte einsetzen und ausrechnen.

T1=365,26 Tage

R1=1,496 \( \cdot 10^{8} \mathrm{~km} \)

R2=2,279 \( \cdot 10^{8} \mathrm{~km} \)

T2 ist die Umlaufzeit des Mars.

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