FISICA Y QUIMICA Las fuerzas gravitatorias

Javier Tapia García

Febrero de 2015

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Los modelos del universo

Modelos geocéntricos

*El modelo de Ptolomeo.

Claudio Ptolomeo (85-165) vivió en Alejandría. Elaboró un modelo geométrico que permitía explicar porque cambiaban las distancias entre la tierra y los planetas en los distintos momentos del año.

Según Ptolomeo:

· En el centro esta la tierra que un cuerpo esférico e inmóvil. · A su alrededor giran los demás cuerpos celestes .El sol y la luna describen órbitas circulares y los planetas órbitas mas complejas con epiciclos y deferentes · Cubriendo todas estas esferas se encuentra la esfera de las estrellas ,que también gira alrededor de la Tierra · Tanto el giro del epiciclo (circunferencia imaginara que hacían los planetas en si) como el de la deferente (circunferencia imaginarias que realizan los planetas al rededor de la Tierra) pueden tener velocidades y radios independientes.

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Modelos heliocéntricos

*El modelo de Aristarco. Aristarco de Samos fue un filósofo (310-230 a.C) que se basó en las ideas de Heráclides de Ponto. En este modelo la Tierra, la Luna y los otros cinco planetas giran entorno al Sol que esta en el centro del universo. Estos giran con diferentes velocidades y en órbitas de diferentes radios. El conjunto estaba dentro de una esfera de estrellas.

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*El modelo de Copérnico

Nicolás Copérnico (1473-1543) fue un astrónomo polaco que creo un nuevo modelo heliocéntrico. Este modelo explica el movimiento de los astros de forma mucho más sencilla que el de Ptolomeo. En este modelo el Sol esta en el centro del universo y los demás planetas giran a su alrededor describiendo órbitas circulares. La luna gira alrededor de la Tierra. Copérnico recogió en la obra Sobre las revoluciones de las Esferas Celestes, que se publicó poco después de su muerte en 1543.

La contrubucion de Galileo.

Galileo Galilei (1564-1642) un extraordinario científico Italiano. Logro grandes descubrimientos en el campo de la astronomía ,la física y las matemáticas. Inventó el telescopio lo que le permitió realizar observaciones astronómicas que apoyaban el modelo de Copérnico.

Entre sus descubrimientos destacan:

· La luna tiene valles montañas ,y no es un cuerpo esférico perfecto tal y como afirmaba Aristóteles.

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· Venus muestra fases como la tierra lo que significa que giran alrededor del sol. · La vía láctea esta formada por numerosas estrellas. · Júpiter tiene varios satélites que giran entorno a el ,esto demuestra que todos astros no giran entorno a la tierra . · Descubrió los anillos de Saturno. · Descubrió las manchas sociales.

Publico sus conclusiones mas importantes en las obras El mensajero de las estrellas y Dialogo sobre dos sistemas de mundos. Galileo siempre defendió que las órbitas eran circulares, pero Kepler proponía órbitas elípticas.

Las Leyes de Kepler

El astrónomo y matemático alemán Kepler llevó a cabo una serie de estudios que le permitió conocer las leyes matemáticas que describen el movimiento de los astros. Contó con la ayuda de gran cantidad de datos muy precisos obtenidos por su maestro, el astrónomo danés Tycho Brahe.

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Kepler partió de un sistema heliocéntrico , como había propuesto Copérnico ,pero al ajustar los datos que Brahe había encontrado para las posiciones de Marte se dio cuenta de que se ajustaba a una orbita elíptica y no circular, como defendía Galileo.

Como consecuencia Kepler enunció tres leyes del movimiento

planetario.

Las leyes de Kepler

1ª Ley de Kepler: los planetas giran alrededor del sol describiendo órbitas elípticas. El Sol esta está en uno de los focos de la eclipse.

2ª Ley de Kepler: Los datos de Brahe indicaban también que los planetas se mueven más rápido cuando están próximos al sol (perihelio) que cuando están en zonas más alejadas (afelio). Los planetas se mueven con una velocidad areolar constante.

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3ª Ley de Kepler: Trata de la relación que hay entre el tamaño de la

órbitas de los planetas y el periodo de revolución de los planetas al rededor del Sol.

Ley de la gravitación universal

Isaac Newton (1642-1727) fue un genial científico que encontró la respuesta a la cuestión de la dinámica de los planetas.

Debido a que el sol ejerce sobre los planetas una fuerza de atracción gravitatoria que hace que los planetas giren entorno a él.

Newton concluyo que la fuerza de atracción gravitatoria es universal.

La ley de gravitación universal

Partiendo de las leyes de Kepler, Newton llego a establecer la ley de la gravitación universal, que se puede enunciar de la siguiente manera:

Todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente al cuadrado de la distancia que los separa.

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Existen muchos fenómenos que pueden pueden justificarse con la ley de la gravitación universal:

· La fuerza Peso: el Peso es la fuerza de atracción gravitatoria que la tierra ejerce sobre los cuerpos que están en sus proximidades.

· El equilibrio: un cuerpo esta en equilibrio cuando la vertical que pasa por su centro de gravedad cae dentro de la base de sustentación.

· Las mareas: Son el movimiento de subida y bajada del nivel del mar como resultado de la atracción gravitatoria de la luna sobre el mar.

· Los movimientos de los cuerpos celestes: las leyes de Kepler no han permitido hacer predicciones acerca de su velocidad su posición o el tiempo que tarda en dar una vuelta completa o periodo orbital.

La fuerza Peso y Equilibrio

La fuerza Peso

El peso es la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre los cuerpos que están en sus proximidades. Por tanto, el peso y la atracción gravitatoria es la misma fuerza para un cuerpo que esta en la superficie de la Tierra. Mientras mas alejemos un objeto de la superficie de la Tierra, menor será la gravedad que actúa en este. Del mismo modo, si estamos en la superficie de la Luna o de otros planetas, el valor de la gravedad será diferente, porque cambian los valores de la masa y el radio del planeta.

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Equilibrio

Un cuerpo apoyado en una superficie está en equilibrio cuando no vuelca. Para que esto suceda es necesario que la vertical que pasa por su centro de gravedad caiga dentro de la base de sustentación.

• Base de sustentación: cuanto más grande es la base de sustentación, mayor será el equilibrio de cualquier cuerpo

• Altura: cuanto más bajo es un objeto mas bajo estará su CG y mayor equilibrio tendrá 3-

• Peso: cuanto más pesado es un cuerpo mas estable es

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Hay tres tipos de equilibrio:

• Estable: Aunque separemos el cuerpo de su posición de equilibrio, este la vuelve a recuperar.

• Inestable. Cuando se separa el cuerpo de la posición de equilibrio se vuelca.

• Indiferente: Cuando separamos el cuerpo de su posición pasa a otra posición también de equilibrio.

El Universo actual El nuevo Sistema Solar

En 2006 la Union Astronómica Internacional acordó una nueva definición de planeta. A partir de entonces Plutón dejo de ser considerado un planeta y paso al catalogo de los planetas enanos.

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El sistema solar estaba compuesto por: El Sol: es la estrella alrededor de la cual giran los planetas. Esta formado por hidrogeno y helio. Los planetas: son astros que giran alrededor del Sol, con forma redondeada y muchos representan satélites. Hay ocho planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Los planetas enanos: son astros que giran en torno al sol y aun no han despejado sus órbitas de cuerpos de semejante tamaño a ellos. Los cuerpos pequeños del Sistema Solar: en estar categoría entran todos los astros catalogados como cometas.

Los planetas extrasolares o exoplanetas

Las técnicas de observación han avanzado mucho. Esto ha permitido descubrir planetas que giran alrededor de otras estrellas. Son planetas extrasolares o exoplaneta.

La mayoría de estos planetas se han descubierto debido a la atracción gravitatoria existente entre ellos y su estrella. En efecto, según la ley de la gravitación universal, los planetas atraen también a su estrella. Esto hace que la estrella sufra un pequeño movimiento continuo que se repite a medida que el planeta da vueltas a su alrededor.

Así, los astrónomos ha descubierto la existencia de muchos planetas girando alrededor de otras estrellas diferentes al Sol. Casi todos ellos tienen una masa mayor que la de Júpiter, y esto les hace fáciles de detestar.

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Big Bang, la gran explosión

En 1948 Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang. Cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos. También proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble. Todo indica que esto sucedió hace 137000 millones de años.

Ley de Hubble

La ley de Hubble establece que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia. Esta ley conduce al modelo del universo en expansión y a la teoría del Big Bang. Esta teoría, fue formulada por primera vez por Edwin Hubble en 1929. Hubble comparó las distancias a las galaxias con sus desplazamientos al rojo , encontrando entre ambas magnitudes una relación lineal y siendo el coeficiente de proporcionalidad la constante de Hubble. Además, esta se puede derivar de su observación inicial suponiendo que el universo es homogéneo (las observaciones realizadas desde todos los puntos son las mismas) y se expande (o contrae).

OBSERVACIONES QUE LO APOYAN

• La ley de Hubble. • La radiacion de fondo de microondas (Arno A. Pencias y Robert W.

Wilson). • La abundancia de helio y otros elementos ligeros.

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