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Universo y Gravitacion

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loreto castillo henriquez

on 21 October 2012

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Transcript of Universo y Gravitacion

Loreto Castillo
Juan Ferrer Universo y Gravitación Definición posible de universo es aquella que lo aborda como todo lo que se puede apreciar de forma física. En este sentido, se incluyen las múltiples apariencias y versiones de la materia y la energía, las leyes físicas que las gobiernan, y la totalidad del espacio y del tiempo. Universo Johannes Kepler Fue un astrónomo, filósofo, matemático y físico italiano que estuvo relacionado estrechamente con la revolución científica. Galileo Galilei Newton avanzó mas en su análisis de la gravedad, ya que examinó las órbitas de los planetas y concluyó que el Sol debe atraer a los planetas de modo que puedan girar alrededor de él.Por esto propuso esta ley :
"Dos particulas se atraen con una fuerza que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ella" Ley de Gravitación Universal Newton llego a las siguientes conclusiones:
1. La gravedad de la Tierra actúa en las copas de los árboles.
2.La gravedad también actúa en las cumbres de las montañas.
3. La gravedad quizás llegue hasta la luna.
Y finalmente concluyó: "A pesar de la distancia de la Tierra, de algún modo, atrae a la Luna" . Isaac Newton El peso de un objeto es consecuencia de la atracción gravitacional entre el objeto y la tierra.
Fuerza con la que la tierra atrae un cuerpo:
F: G x M x m / R2
Donde M y R son la masa y el radio de la tierra respectivamente, F corresponde al peso del cuerpo. Peso Gravedad Fuerza que siente cualquier objeto hacia el centro de la tierra . m1 y m2 :masas de las partículas (kg).
r :distancia entre ellas
G :constante de gravitación universal G= 6,673 x 10 elevado a -11 Nm2/kg2 Figura clave en la revolución científica, astrónomo y matemático alemán; fundamentalmente conocido por sus leyes sobre el movimiento de los planetas en su órbita alrededor del Sol. Es el valor de los cuerpos al estar cercanos a la superficie de la tierra , es aproximadamente 9,8 m/s2 pero NO es constante, para que fuera constante el radio de la tierra tendria constante, pero no ocurre ya que la tierra es achatada en los polos, esto produce la variacion pero es muy pequeña, es por esto que es ignorada.
Tambien la densidad local la hace variar un poco. Aceleración de Gravedad Magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia Densidad Si un cuerpo esta a una altura h , la distancia medida desde el centro de la tierra sera :
r: R + h
Entonces el peso de un objeto a cierta altura sera :
g= GM/ (R+h)2
Mientra mas altura de un cuerpo sobre la superficie de la tierra, menos es el valor de la aceleracion. Variacion de la gravedad con la altura En 1798: Henry Canvensih hizo un experimento en el cual intento demostrar el valor de la densidad de la tierra, a traves de la union de dos esferas pequeñas que estaban paralelamente puestas y unidas a una barra de acero que llevaba a dos esferas de mayor masa que atraian a las dos pequeñas y producian un movimiento que alteraba la posicion de un espejo que se encontraba arriba de las dos esferas pequeñas unida, el espejo se mueve en cierto angulo, que es proporcional a la magnitud de la fuerza gravitacional que acerco a las esferas pequeñas hacia la de mayores. Experimento de Cavendish Con esto se pudo descubrir la constante universal gravitatoria La ley de gravitacionuniversal rige para todas las estructuras del universo, su efecto ejerce desde los protones y electrones de un atomo hasta ser la fuerza que hace que el sol gire .
Las diferentes aplicaciones de esta ley tienen que ver con las leyes de Kepler. Aplicacion de la ley de gravitacion universal Elipse Via Lactea:

Históricamente, se ha llamado Vía Láctea a la banda luminosa, algo tenue, que atraviesa el cielo nocturno, alcanzando su máximo esplendor durante el invierno del hemisferio sur; su nombre es de carácter mitológico y proviene del aspecto lechoso que presenta.
En esa zona del cielo el número de estrellas es apreciablemente mayor que en otras regiones; esto implica que en el espacio la distribución de las estrellas no esesf érica, lo que indica que el número de estrellas que vemos en cualquier dirección del cielo no es la misma. Edwin descubree que hay muchas galaxias en el universo entre ellas la: Despues gracias a Kepler y Galileo, comprobaron la teoria heliocéntrica planteada por Copérnico, la cual decia que el sol era el centro del universo Nebulosa :
Las nebulosas son estructuras de gas y polvo interestelar. Según sean más o menos densas, son visibles, o no, desde la Tierra.Las nebulosas se puede encontrar en cualquier lugar del espacio interestelar. En la antiguedad se consideraba que la Tiera era el centro del universo y que el sol,la luna y otros planetas giraban en torno a ella . Evolución modelo cosmológico Leyes de Kepler a = semieje mayor
b=semieje menor
c = distancia desde el centro de la elipse hasta los focos.
Excentricidad = medida de la forma de la elipse, su valor es siempre menor a 1, si es cercano a 1 la elipse es alargada.
Ecuacion de la elipse:
x2/a2 + y2/b2 = 1 Elementos de una elipse La elipse es el lugar geométrico de todos los puntos de un plano, tales que la suma de las distancias a otros dos puntos fijos llamados focos es constante. En 1543 publicó la teoría de un sistema heliocéntrico; el sol como centro del universo con todos los planetas girando en torno a el . Nicolás Copérnico Claudio Ptolomeo Estudio el cielo antes que se inventara el telescopio, logro medir las posiciones de los astros con la mejor precision de esa epoca. Tycho Brahe Planteo en el siglo II d.C de un Universo con un sistema geocentrico, es decir la tieera era el centro del universo y todo giraba alrededor de ella, esta teoria la rompio Nicolás Copérnico Modelo que busca interpretar todos los fenómenos observados en el universo y explicar su origen y evolucion. Modelo cosmológico: En 1923 logro medir, usando el telescopio más grande del mundo, la distancia a distintas nebulosas, llegando a la conclusi´n que la nebulosa Andrómeda estaba fuera de nuestra galaxia. Hoy en dia esta galaxia se esta acercando producto de la fuerza gravitacional. Edwin Hubble Luego gracias a muchos cientificos, el hombre cambio la vision cosmologica, situando al Sol como una estrella entre millones similares que componen nuestra galaxia Hoy en dia sabemos que las galaxias tambien se agrupan, esto lo sabemos gracias a los telescopios de alta resolución. Rama de la fisica que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de esta son tan pequeñas, en torno a 1000 átomos, que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posicion y velocidad, sin afectar a la propia particula. Fisica Cuantica: Luego de que durante el siglo xvlll y xix, solo se usaran la fisica clasica ( fisica basa en la leyes de newton) pero debido a que muchos fenomenos quedaban sin explicacion , comienza en desarrollo de la fisica cuatica alrededor de 1900.Todos esto empezo gracias a la teoria de la relatividad de einstein Expansion del universo Albert Einstein TEORIA DE LA RELATIVIDAD Fue un físico alemán de origen judío, nacionalizado después suizo y estadounidense. Está considerado como el científico más importante del siglo XX Luego de esta teoria einstein plantea un modelo estatico del universo, donde la fuerza de atraccion gravitacional se veria compensadas por las fuerzas de repulsion A finales de los años veinte gracias a el ruso Alexander Friedman y el belga Georges Lemaitre se sumaron otros posibles modelos, en los cuales el unieverso se contraia o expandia. Para entender el modelo actual hay que ir al siglo XIX en donde un astronomo austriaco llamado Christian Doppler descubrio el efecto Doppler El universo se contaia o se expandia:
Lemaittre establecio la ley del alejamiento de las galaxias, es decir que dos galaxias se distancian a un velocidad proporcional a la distancia que las separa, esto es contradictoria a lo que decia Einstein Es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros). Efecto Doppler Esto sirve para captar la radiación electromagnética que emiten las galaxias o estrellas para obtener su espectro, la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas, algo así como la huella digital de cada ser humano, por lo que cada espectro es único para cada objeto astrónomo. Radiación electromagnética :es la combinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagan a través del espacio en forma de ondas portadoras de energía. Para ver este fenómeno se realiza un corrimiento al rojo (es cuando la radiación electromagnética, normalmente la luz visible, que se emite o refleja desde un objeto es desplazada hacia el rojo al final del espectro electromagnético) para determinar su posición exacta.
Cuando el astro se aleja, las líneas se desplazan hacia la zona de las longitudes de onda larga, identificada con el color rojo; por esa razón, cuando se habla del corrimiento al rojo de las galaxias, se está indicando el alejamiento de las mismas.
Pero, si el astro se acerca, las líneas se corren hacia la zona de longitudes de onda corta, es decir, hacia el azul. Edwin hubble descubrió que todas las galaxias se alejan de nosotros, pero cuanto más lejos están, más rápidamente lo hacen. Es la llamada ley de hubble. Es una consecuencia lógica de la expansión del universo. Y aunque todas las galaxias se alejen de nosotros, no significa que estamos en el centro del universo.
En esta actividad se hace un modelo de universo en expansión con una goma elástica, y se simula la ley de hubble. Junto con Vesto Slipher llegaron a la conclusión de que nuestro universo se estaba expandiendo debido a que fueron capaces de calcular el corrimiento al rojo de muchas galaxias, a través de que comparo sus resultados con Slipher y resulta que se dieron cuenta de que descubrió que cuanto más lejos estaba la galaxia, más alta era su velocidad de recesión. A esta relación se la conoce como la ley de los desplazamientos hacia el rojo o ley de Hubbley pudieron determinar que
z(corrimiento en rojo)= Ho(constate de hubble, 70 km/s) / c (velocidad de la luz) X la distancia del observador y la estrella Ley de Hubble Georges Lemaitre propuso que el universo había partido de un atomo primitivo, el cual contenia toda la metria del universo y exploto dando origen a lo que conocemos hoy . Luego George Gamow profundizo esta ideay planteo que el universo era más denso en el pasado y que se enfrió al expandirse, tambien calculo la temperatura que deberia tener el universo actual y predijo la existencia de una radiacion del fondo cosmico. Teoria del Big Bang Arno Penzias y Robert Wilson detectaron una radiación de microondas que provenia desde todas partes del cielo, este descubrimiento de la radiacion de fondo cosmico permitio refutar la teoria alternativa del Big Bang llamada teoria del estado estacionario, la cual consistia en un Universo homogeneo en el espacio y tiempo, sin inicio ni fin, esta teoria no explicaba la radiacion encontrada. Radiación de fondo cosmico 1. El universo nacio a partir del Big Bang hace 14 mil millones de años, era una mezcla de particulas fundamentales y fotones, luego aparecen cuatro fuerzas: nuclear fuerte, nuclear debil, electromagnetica y gravitacional . Historia del Universo La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito.
La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, tiene dos sentidos (positivo y negativo) y su alcance es infinito.
La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.
La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte. Fuerzas fundamentales del universo 2.Despues de la aparicion de las cuatro fuerzas los quarks (particulas muy pequeñas) en grupos de 3 formando los protones y neutrones, luego estos se unieron para formar nucleos de hidrogenos.
El universo era muy denso y caliente , su temperatura era de cien millones de grados, lo cual permitio la transformacion de los nucleos formado s en nucleos de helio, pero el universo se expandio y se enfrio lo cual detuvo las transformaciones. 3.Luego de 350.000 años el universo alcanzo una temperatura de 3000 K y la fuerza electromagnetica hizo que los nucleos captaran a los electrones y asi se formaron los primeros atomos. 4. Se empezaron a formar las primeras galaxias gracias a la fuerza gravitacional y dentro de ella las estrellas, en el interior de las estrellas se formaron elementos mas pesados. 5.Finalmente cuando una estrella muere se forman los elementos mas pesados que se conocen, ya que son esparcidos al universo por las fuertes explosiones con que la estrella termina su vida, de esta manera pueden llegar a nubes mas densas en donde se forma una nueva estrella, es asi como se formo el sol.. Movimientos: los planetas giran en obitas practicamente circulares, los asteroides giran en la misma direccion general pero en orbitas mas excentricas y algo inclinadas Sistema Solar El movimiento de traslación es aquel que nuestro planeta lleva a cabo en torno al sol, realizando una órbita de tipo elíptica con un perímetro aproximado de novecientos treinta millones de kilómetros.
Es posible entender, en resumen, que el movimiento de traslación que realiza la Tierra son los giros que traza alrededor del sol. Movimiento de traslación: Cada 24 horas (cada 23 h 56 minutos), la Tierra da una vuelta completa alrededor de un eje ideal que pasa por los polos. Gira en dirección Oeste-Este, en sentido directo (contrario al de las agujas del reloj), produciendo la impresión de que es el cielo el que gira alrededor de nuestro planeta.
A este movimiento, denominado rotación, se debe la sucesión de días y noches, siendo de día el tiempo en que nuestro horizonte aparece iluminado por el Sol, y de noche cuando el horizonte permanece oculto a los rayos solares. La mitad del globo terrestre quedará iluminada, en dicha mitad es de día mientras que en el lado oscuro es de noche. En su movimiento de rotación, los distintos continentes pasan del día a la noche y de la noche al día. Movimiento de rotación Meteoros que se han encontrado en la tierra han sido estudiadosy han alcanzado 4.500 millones de años, las rocas formadas en la luna y en las estrellas son mas jóvenes Edad de la tierra: Cerca del sol se encuentran los planetas rocosos: mercurio, venus , tierra y marte y asteroides, compuestos por roca con un nucleo de hierro y niquel Tamaño y densidad de los planetas: Luego estan los gigantes gaseosos, los cuales tienen una densidad muy baja y grandes tamaños. Asteroide :Cada uno de los pequeños planetas cuyas órbitas se hallan comprendidas, mayoritariamente, entre las de Marte y Júpiter.
Los innumerables cuerpos que estan orbitanto entre las orbitas de marte y jupiter se conoce como el cinturon de asteroides. Cinturon de asteroides Cometa:Cuerpo celeste de núcleo poco denso que suele ir rodeado de un rastro luminoso a modo de cabellera y de una prolongación denominada cola y que sigue órbitas elípticas muy excéntricas alrededor del Sol.
La nube de Oort es un enjambre de cometas compuestos por hielo y roca.
Cinturon de Kuiper esta mas cerca del sol, los cometas se mueven en un plano. Cometas Muchos planetas tienen satelites naturales que giran en sentido del planeta .
Satelite: Astro que gira en torno a un planeta,describiendo una órbita sometida a la fuerza de gravitación. Sistema de satelites: •Para entender este proceso es necesario entender como se forma una estrella (como el Sol por ejemplo) y como esto afecta al nacimiento de los planetas.
Las estrellas nacen de nubes, cuya composición es principalmente de gases (hidrogeno, helio)y polvo estelar, luego se produce un proceso de colapso gravitacional: se trata de la caída de las estrellas hacia su propio centro debido a su propio peso.
Esto ocurre así: dentro de la nube se encuentra una zona de mayor densidad, que atrae el material haciendo a la nube más densa y aumentando su masa. En este proceso la energía gravitacional es convertida en calor y esta estrella, que ahora recibe el nombre de proestrella, se calienta y continua su colapso bajo su propia gravedad, esto lleva a que en cierto tiempo la densidad y la temperatura aumente hasta cierto punto, provocando reacciones nucleares dentro de la nube. Luego de estas reacciones los atomos livianos se funde en atomos mas complejos y l liberen grandes cantudades de energia Formacion del sistema solar Luego de estas reacciones los átomos livianos se funde en átomos mas complejos y liberan grandes cantidades de energía. Las reacciones nucleares en el centro de la estrella generan que la temperatura y la presión aumenten para contrarrestar el efecto de la gravedad, que atrae el material hacia el centro de la estrella. Luego estas reacciones detienen el colapso gravitacional y estabilizan a la estrella. Y las que poseen mayor temperatura se ubican cerca del protosol (sol en formación). Esto lleva a que la nueva estrella que se está formando en la nube tenga un movimiento de rotación angular para que se deshaga de parte de la energía, es por esto que se forma un disco de material alrededor de la nube, este disco empieza a rotar y la nube a colapsar. Este disco pasa a llamarse masa mínima nebular donde se forma el sistema planetario a través de este disco Luego del reacomodo de la energía, las partículas se ordenan según su temperatura, estas diferencia de temperatura hacen que el sol comience unas nuevas reacciones químicas las cuales condensan el Silicato y los minerales ricos en carbono y aleja los hielos de agua y amonio. Esto es conocido como gradiente de material químico, luego mas partículas de menor temperatura chocan y logran pegarse para formar los planetesimales, y estos se van a unir hasta formar protoplanetas.
A veces pasa que un planetesimal puede afectar a un protoplaneta cambiado su eje o de su atmosfera, e incluso puede pasar hacer un satélite.
Luego que la masa de estos protoplaneta es mayor, se comienza a estabilizar su velocidad y los choques son cada vez menos frecuentes al final el sol pasa una etapa de su vida de estrella donde vientos van limpiando gases el sistema solar. Roca o fragmento sólido procedente del espacio que se vuelve incandescente al contacto con la atmósfera y puede llegar a caer sobre la superficie de la Tierra. Meteoritos: La mayoria de los planetas y satelites tienen una gran cantidad de impactos y crateres.
Crateres :Depresión en forma de cuenco sobre una superficie planetaria planetaria. Estos se pueden originar por impacto o por volcanismo.
Tipos de creteres: crateres de impacto, crater de pedestal, crater de terraplén y crater fantasma. Diferenciación de impactos: La energia de rotacion llamada momento angular se encuentra en el disco donde estan los planetas, mientras que la mayor parte de la masa esta en el sol. Energia de rotacion y masas: Los científicos dicen que si la expansión actual continua en forma indefinida, el universo, de tanto dilatarse, se volverá cada vez mas vacío, dado que las galaxias se separaran entre si. además, el espacio se volverá paulatinamente mas frío. Que sucedera con el universo Luego la gravedad seria muy grande, las distancias llegaria a un maximo y la expansion se detendria y el universo colapsaria, lo que se conoce como big crunch El fenomeno conocido como "marea" se puede explicar gracias a la ley de gravitacion universal de Newton pero ¿Por qué ocurre este fenomeno? Las Mareas y La Luna Las mareas son los movimientos de agua causados por una fuerza -llamada gravedad- que la Luna ejerce sobre nuestros mares, y que provoca una fuerte atracción del océano hacia el astro.
Cuando el océano se "infla" hablamos de marea alta o pleamar, momento en que las aguas cubren las orillas de las costas. La marea entrante se denomina "flujo".

Cuando la Luna está en el otro lado de la Tierra, tenemos marea baja o bajamar. Muchas playas quedan al descubierto y muchos barcos varados en ellas. La marea saliente se llama "reflujo". ¿Qué son las Mareas? Porque una vez al mes, el Sol y la Luna están alineados, entonces los océanos se ven atraídos por las fuerzas combinadas de los dos astros y por ello la marea es más fuerte. Este fenómeno se denomina "marea viva" y es especialmente interesante para los pescadores
y los que pasean por las playas. ¿Por qué la marea es más alta cuando hay Luna nueva? ¿Como se prsenta este fenomeno en Chile? En Chile este fenomeno se muestra de distintas formas, depende de el lugar geografico, por ejemplo en Punta Arenas La amplitud de las mareas tiene como promedio 1,5 m. No haci Puerto Montt que tiene una amplitud promedio de 5, 5 m. Gracias Por su Atención El fenomeno conocido como "marea" se puede explicar gracias a la ley de gravitacion universal de Newton pero ¿Por qué ocurre este fenomeno? Las Mareas y La Luna
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