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Tierra y Universo

Modelos astronómicos

Sistema geocéntrico de Ptolomeo. Sistema heliocéntrico de Copérnico. Trabajo de Tycho Brahe Leyes de Kepler. Teoría de la gravitación universal de Newton.

Sistema geocéntrico de Ptolomeo(138-180 d. C.)

Por métodos matemáticos demostró la redondez de la Tierra. Estudió los movimientos de los cuerpos celestes y desarrolló la teoría del sistema geocéntrico, que establece que la Tierra en reposo, es el centro del Universo, los planetas y el Sol giran alrededor de ella, el universo es finito, limitado por una esfera de estrellas fijas. Esta teoría fue aceptada, hasta que fue sustituida por el sistema de Copérnico.

Sistema heliocéntrico de Copérnico

(1473-1543) En el siglo XVI publicó un modelo del

Universo en el que el Sol estaba en el centro.

La teoría de Copérnico establecía que la Tierra giraba sobre sí misma una vez al día, y que una vez al año daba una vuelta completa alrededor del Sol.

Copérnico planteó y discutió el modelo heliocéntrico en su obra "De revolutionibus orbium caelestium" que se publicó justo antes de su muerte en 1543.

Además afirmaba que la Tierra, en su movimiento rotatorio, se inclinaba sobre su eje (como un trompo).

Sin embargo, aún mantenía algunos principios de la antigua cosmología, como la idea de las esferas dentro de las cuales se encontraban los planetas y la esfera exterior donde estaban inmóviles las estrellas.

Trabajo de Tycho Brahe(1546-1601)

Fue un excelente observador, sus medidas astronómicas eran sorprendentemente exactas a pesar de que no utilizó ningún instrumento óptico. Creó mapas estelares, midió la duración del año con tan solo un error de 1 segundo

Su sistema del Universo es una transición entre la teoría geocéntrica y heliocéntrica. El Sol y la Luna giran alrededor de la Tierra inmóvil, mientras que Marte, Mercurio, Venus, Júpiter y Saturno girarían alrededor del Sol.

Leyes de Kepler(1571-1630)

Trabajó con Tycho Brahe, utilizó sus datos para publicar en 1609 su famosas tres leyes.

Kepler, hombre profundamente religioso, incapaz de aceptar que Dios no hubiera dispuesto que los planetas describieran figuras geométricas simples, se dedicó con tesón a probar con toda suerte de combinaciones de círculos. Cuando se convenció de la imposibilidad de lograrlo con círculos empleó elipses.

Todos los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos. (Así podía explicar Kepler la velocidad irregular de un planeta en su órbita).

Primera Ley de Kepler

Videohttps://www.youtube.com/watch?v=Zk2xkHH_JVg

La línea que une a un planeta con el Sol barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales. Esto indica que los planetas se mueven más de prisa cuando están más cerca del Sol (perihelio) y mas lento cuando están lejos (afelio)

Segunda Ley de Kepler

Videohttps://www.youtube.com/watch?v=HGSQz3cHkbc

El cuadrado del período (T) de cualquier planeta en torno al Sol es proporcional al cubo de su distancia media (R) al Sol.

Tercera Ley de Kepler

2

3

Tk constante

RLa constante k es la

misma para cualquier planeta del sistema

solar.

Planeta Radio orbita(km)

Período de traslación

PeríodoT (años)

T2 R3 K = T2 / R3

Mercurio 58 x 106 88 días   

Venus 108 x 106 224,7 días   

Tierra 150 x 106 365 días   

Marte 228 x 106 687 días   

Júpiter 778 x 106 11,86 años   

Saturno 1427 x 106 29,46 años   

Urano 2870 x 106 84 años   

Neptuno 4500 x 106 165 años   

EjercicioConsidere las siguientes afirmaciones:

I)El Sol es el centro del universo.II)Las trayectorias de los planetas son elípticas.III)La Tierra se ubica en el centro del universo.

¿Cuál(es) de ellas representa(n) correctamente los cambios introducidos por Kepler al modelo planetario planteado por Copérnico?

EjercicioEn la figura los puntos muestran sucesivas posiciones de un planeta al recorrer su órbita. Si las posiciones se registraron en intervalos de una hora, entonces se afirma que

I) el periodo orbital es de 12 horas.II) las superficies achuradas son iguales.III) la rapidez media en A es mayor que en B.

Es (son) correcta(s)

El periodo de revolución de Marte alrededor del Sol es de 687 días. Sabiendo que la distancia de la Tierra al Sol es de 150 millones de kilómetros, ¿Cuál es la distancia de Marte al Sol? (Suponer que las orbitas descritas son circunferencias)

En resumen… https://www.youtube.com/watch?v=lln0C2--

xHk

Teoría de la gravitación universal de Newton

Un momento culminante en la historia de la Física fue el descubrimiento realizado por Isaac Newton de la Ley de la Gravitación Universal:

“Todos los objetos se atraen unos a otros con una fuerza directamente

proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros”

G= Constante de gravitación Universal

G = 6,67 x 10-11 N m2/ kg2

Ejercicio ¿Cuál es la fuerza de atracción gravitacional

entre la Tierra y la Luna?

Distancia Tierra - Luna: 384400 kmMasa Tierra: 5,966 ×1024 kgMasa Luna: 7,349 × 1022 kg

EjercicioSi la fuerza de atracción gravitacional entre la Tierra y la Luna es F, ¿qué debe suceder para que dicha fuerza disminuya a la mitad?

I) Duplicar la masa de la Tierra y aumentar la distancia entre la Tierra y la Luna al doble.II) Disminuir la distancia entre la Tierra y la Luna a la mitad.III) Aumentar al doble la distancia entre la Tierra y la Luna, disminuir la masa de la Tierra a la mitad y aumentar la masa de la Luna al doble.

Aceleración de gravedad o intensidad del campo gravitatorio

La intensidad del campo gravitatorio o aceleración de gravedad, es la fuerza gravitatoria por unidad de masa del cuerpo que la experimenta. Se la representa como g. También podría interpretarse como la aceleración que adquiere un cuerpo en caída libre sobre otro.

g = G M r2

Ejercicio ¿Cuál es el valor de la aceleración de

gravedad en el polo y en el ecuador de la Tierra?

Radio ecuatorial: 6378 km. Radio polar: 6356 kmMasa Tierra: 5,9736 ×1024 kg

Ejercicio Determine g en otros astros.

Nombre Radio [Km] Masa [Kg]

Sol 695000 1.99 x 1030

Mercurio 2440 3.30 x 1023

Venus 6052 4.87 x 1024

Tierra 6378 5.97 x 1024

Marte 3397 6.42 x 1023

Júpiter 71492 1.90 x 1027

Saturno 60268 5.68 x 1026

Urano 25559 8.68 x 1025

Neptuno 24766 1.02 x 1026

Movimientos de la Tierra

Rotación Traslación

Solsticio Equinoccio

Precesión Nutación

Rotación Cada 23 h 56 min y 4 s, la Tierra da una vuelta completa,

de oeste a este, alrededor de un eje ideal que pasa por los polos. A este movimiento se debe la sucesión del día y la noche.

El eje polar terrestre presenta una inclinación de 23,5º.

Rotación El hombre no percibe en forma física directa la

rotación ya que la atmósfera acompaña al planeta en su movimiento, pero sí puede notarlo observando el Sol y las estrellas.

La rapidez de rotación no es la misma en todos los puntos del planeta:

V = 1.670 km/h en el EcuadorV = 850 km/h a 60º de latitud.V = Nula en los polos.

Traslación La Tierra gira en torno al Sol a una velocidad de

30 km/s, describiendo una trayectoria elíptica. Un giro completo le toma 365 días 5 horas y 57 minutos, por eso cada cuatro años se suman las 6 horas formando un día completo que se agrega al mes de febrero. (Año bisiesto)

Traslación La inclinación del eje polar (23,5°) junto con el

movimiento de traslación de la Tierra son los responsables de que se produzcan las estaciones del año. De acuerdo a la latitud en los hemisferios norte y sur, los rayos solares iluminan con distinta intensidad la superficie terrestre y la duración de los días y las noches varía.

Solsticios (Sol quieto) Ocurre dos veces por año: 21 de Diciembre y 21 de Junio,

época en la que la duración del día o de la noche son las máximas del año, respectivamente. 

En los solsticios, los rayos solares inciden directamente sobre los trópicos (de Cáncer en el hemisferio norte y de Capricornio en el hemisferio sur).

Equinoccio (Igual noche) Ocurre dos veces por año: 21 de Marzo y 23 Septiembre,

épocas en que los dos polos terrestres se encuentran a una misma distancia del Sol, así la luz se proyecta por igual en ambos hemisferios.

En los equinoccios, los rayos solares apuntan directamente sobre el ecuador, y el día y la noche duran lo mismo en cualquier punto del planeta.

Precesión Es un proceso de balanceo de la Tierra que se

produce durante su movimiento de rotación, esto se traduce en que el eje de la Tierra no apunta siempre al mismo punto celeste.

Se desarrolla muy lentamente; una vuelta completa dura aproximadamente 26.000 años, es decir, en este tiempo las estaciones del año se inviertes entre un polo y otro.

Nutación Corresponde a la oscilación periódica que

experimenta el eje terrestre producto de la interacción gravitacional entre la Tierra y la Luna.

La nutación hace que los polos de la Tierra se desplacen unos nueve segundos de arco cada 18,6 años..

Movimientos de la Tierra Concepto de sismo Tectónica de placas

Teoría de la deriva continental Origen de los sismos Interacción entre placas

Tipos de ondas sísmicas Escalas de medición

LOS SISMOS

Un terremoto, también llamado sismo, es el movimiento brusco de la Tierra, causado por la brusca liberación de energía acumulada durante un largo tiempo.

Teoría deriva continental Esta hipótesis fue desarrollada en 1912 por el

alemán Alfred Wegener a partir de diversas observaciones empíricas.

Alfred Wegener

• Pruebas de la geología: existencias de cordilleras con la misma edad y misma clase de rocas en distintos continentes que según él, habían estado unidos.

• Pruebas de la paleontología: fósiles de las mismas especies, en distintos continentes, como reptiles o plantas, incapaces de haber atravesado océanos.

Teoría de la deriva continental En ella propone la hipótesis de que los

continentes actuales proceden de la fragmentación de un supercontinente más antiguo, al que denominó Pangea.

Pangea: se estima se formó hace aprox. 300 millones de año. El gran supercontinente habría permitido que los animales terrestres emigraran libremente desde el polo sur al polo norte. Al extenso océano que una vez rodeó a Pangea se le ha denominado Pantalasa.

Teoría de la deriva continental Pangea habría comenzado a fragmentarse hace

aprox. 200 millones de años, producto de los cambios y movimientos de las placas tectónicas. El proceso de fragmentación condujo a dos continentes, Gondwana al sur y Laurasia al norte, separados por el mar de Tethys.

Mundo

La corteza terrestre está dividida en al menos una docena de placas rígidas (placas tectónicas) que se mueven entre sí. Estos bloques descansan sobre una capa de roca semi fundida en continuo movimiento llamada astenosfera, que fuerza a las placas superiores a moverse, hundirse o levantarse.

Placa Tectónica

Origen de los sismos Al moverse, la interacción entre los bordes o

fronteras de las distintas placas tectónicas permite explicar fenómenos geológicos muy importantes como la formación de cordilleras (orogénesis), el volcanismo, y la generación de sismos.

Suceden algunos sismos intraplaca, en fracturas en regiones centrales y generalmente estables de las placas, pero la inmensa mayoría se origina en bordes de placa.

¿Por qué Chile es un país altamente sísmico?

En los bordes de las placas se concentra la

actividad sísmica y volcánica y también da lugar a la formación de

grandes cadenas y cuencas.

Tectónica de placas

Placas en nuestro país

La placa de Nazca se desplaza a una velocidad relativa de aproximadamente 9 cm por año con respecto a la placa Sudamericana, introduciéndose bajo ella según un plano inclinado. En el largo plazo, estas fuerzas tectónicas han causado el plegamiento de la placa Sudamericana y la formación de las cadenas de la Cordillera de los Andes y la Cordillera de la Costa.

Interacción entre límites de placas Divergentes: Son límites en los que las placas se

separan unas de otras y, por lo tanto, emerge una nueva corteza desde el interior de la tierra.

Este tipo de fronteras dan origen a la formación de dorsales oceánicas y a volcanes submarinos.

Frontera divergente

Dorsal Mesoatlántica

Interacción entre límites de placas Convergentes: Son límites en los que una placa

choca contra otra, formando una zona de subducción o una zona de colisión. La zona de subducción es aquella en donde una placa

oceánica se hunde bajo una placa continental, en cambio la zona de colisión o un cinturón orogénico si las placas chocan y se comprimen, originando así cordilleras mayores, como el Himalaya y los Alpes.

Frontera convergente

Himalaya y los Alpes

Interacción entre límites de placas Transformantes: son límites donde los bordes

de las placas se deslizan una con respecto a la otra a lo largo de una falla de transformación. Este tipo de fronteras son importantes generadores de sismos.

Falla de San Andrés, California

La falla de San Andrés, en California, USA, es una frontera de tipo transcurrente.

Limites de placas

Sismos

Las ondas P (primarias). Son longitudinales o de compresión y son las ondas que se extienden con mayor rapidez, por lo que son las primeras en ser detectadas.

Las ondas S (secundarias). Son transversales, por lo tanto, al ser el movimiento del suelo perpendicular a la propagación de la onda, produce ruptura del material por el cual se propaga. siendo detectada posteriormente a la onda P.

Ondas sísmicas internas

Ondas R. Fueron predichas por John Rayleigh, en 1885.

Las ondas R presentan un movimiento elíptico bajo la superficie. Son similares a las ondas en el mar, ya que en la superficie se observa una ondulación. Estas ondas presentan una rapidez menor que las ondas P y las ondas S.

Ondas L. (love). Predichas en 1911 por Augustus Love.

Producen un movimiento de corte, perpendicular a la expansión de la energía.

Son las que presenta una menor rapidez de propagación. video

Ondas sísmicas superficiales

ONDAS

Cuando ocurre un sismo, se hace necesario cuantificar la energía que fue liberada en el evento, así como el nivel de daño o destrucción que dicho evento produjo. Para esto, se cuenta con dos escalas de medición: Richter y Mercalli.

Escala Richter: Mide magnitud, es decir, la energía liberada en el hipocentro. La medición posee un valor único, que es independiente de la posición del observador. Las magnitudes se expresan a partir del 2,0.

Escala de MercalliMide intensidad, a través del nivel de destrucción que produjo el sismo. Su medida se relaciona con la percepción de las personas, y los efectos y daños causados a estructuras, y varía con la distancia al hipocentro. La intensidad se expresa en números romanos del I al XII.

Escalas de medición

Esta escala fue introducida en 1979 como la sucesora de la escala de Richter.

No se satura cerca de valores altos, es decir, no tiene un valor por encima del cual todos los terremotos grandes tienen magnitudes similares.

Todos los sismos superiores a los 6,9 grados deben medirse con la escala sismológica de magnitud de momento.

Escala sismológica Magnitud de Momento

Para medir la magnitud de un sismo se utiliza un sismógrafo, que permite tener el registro del sismo. Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra solo pueden registrarse las ondas P.

Sismógrafo

Efectos de un sismo: Tsunamis

Son grandes olas destructivas que se producen como consecuencia de un terremoto.

Se producen por el desplazamiento vertical a lo largo de una falla del suelo oceánico, o por explosiones volcánicas en islas.

Para que un sismo genere un tsunami es necesario que su epicentro esté bajo el suelo marino, a una profundidad menor a 60 km y que el sismo libere suficiente energía en un tiempo determinado.

Las velocidades a las que avanza el tsunami van de 500 a 950km/h, dependiendo de la profundidad.

NÚMERO MAGNITUDRICHTER

PAIS LUGAR FECHA Y HORA

MUERTES

1 9,5 CHILE VALDIVIA 22/05/1960

15:11

5.000/10.000

2 9,2 ESTADOS UNIDOS

ALASKA 28/03/1964

03:36

128

3 9,1 INDONESIA AL NORTE DE SUMATRA

26/12/2004

21:58

230.200

4 9,0 JAPON COSTA DE HONSHU

11/03/2011

14:46

15.836

5 9,0 RUSIA KAMCHATKA 04/11/1952

16:58

DESCONOCIDO

6 9,0 PERU ARICA 13/08/1868

21:30

25.000

7 8,9 INDONESIA AL SUR DE SUMATRA

25/11/1833

20:00

DESCONOCIDO

8 8,8 CHILE COBQUECURA 27/02/2010

03:34

524

9 8,8 CHILE ILLAPEL 15/08/1880

09:23

25

10OTROS

8,8 ECUADOR/ COLOMBIA

COSTAS DE ESMERALDAS

31/01/1906

15:36

1.500

VALDIVIA 1960

SAN ANTONIO 1985

SUR DE CHILE 2010

VERDADERO FALSO

Nuestro país se encuentra en el límite entre la placa de Nazcar y

la Sudamericana.

VERDADERO FALSO

Los volcanes aparecen con más frecuencia entre los limites de

placas divergentes.

VERDADERO FALSO

Las ondas L son transversales.

VERDADERO FALSO

Las ondas P son longitudinales.

VERDADERO FALSO

Las ondas S se generan en el epicentro.

VERDADERO FALSO

Un sismo grado VI en la escala Mercalli es equivalente a uno de

grado 6 en la escala Richter.

VERDADERO FALSO

La escala de magnitud de momento modifica la escala

Richter principalmente en sismo de gran magnitud.

VERDADERO FALSO

Para que ocurra un maremoto debe haber un terremoto con hipocentro bajo el océano.

Un ______________ es un instrumento que registra

los movimientos de la Tierra

En un terremoto, las ondas más destructivas

son las___________

En un sismo la escala Richter mide la

______________ y la escala Mercalli mide la

___________

Las ondas internas son las _______________ y ________________ y

las ondas superficiales son las ____________ y _______________

La cantidad de energía liberada es un sismo terrestre es su

______________

¿Cuáles son los distintos límites

de placas tectónicas y sus

diferencias?

¿Cuál es la diferencia entre

hipocentro y epicentro?

¿Qué le sucede a las placas

continentales y oceánicas en los

bordes de convergencia?

Nombre dos diferencias entre la escala Mercalli

y la escala Richter