LA TIERRA EN EL UNIVERSO

Transcripción

1 LA TIERRA EN EL UNIVERSO

2 ANTES DE EMPEZAR, UN POCO DE REPASO Enumerad los diferentes tipos de fuerzas que conocéis Cuáles son las interacciones básicas y su relación con las propiedades de la materia?

3 Qué interés puede tener el estudio de la fuerza gravitatoria? Mapa conceptual

4 Qué relación existe entre la fuerza gravitatoria sobre los cuerpos y el movimiento de los planetas o de los cuerpos en el universo? Por qué no suelen relacionarse ambos fenómenos? Cuál es la naturaleza de esta interacción?

5 ÍNDICE La Astronomía, una de las ciencias más antiguas. La posición de la Tierra en el Universo: teorías geocéntrica y heliocéntrica. La Ley de la Gravitación Universal. La síntesis newtoniana. Consecuencias de la Ley de la Gravitación Universal. Origen y evolución del Universo. Satélites artificiales. Repaso y dudas. Evaluación (31/03)

6 La astronomía, la primera ciencia exacta

7 Todo comenzó observando el cielo Basta con observar pacientemente para descubrir una periodicidad en el movimiento de los astros

8 Qué importancia práctica creéis que tuvieron en la antigüedad los conocimientos astronómicos?

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11 Puesta y salida del sol cada solsticio de verano

12 Paso de las estaciones

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14 El Caracol (Mayas) Observatorio astronómico

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16 A qué puede deberse la creencia de que los astros influyen sobre la vida de las personas? Qué valor puede darse hoy en día a dichas creencias?

17 Posición de los astros: coordenadas celestes

18 Actividad con Stellarium Descargar programa: Observad el cielo nocturno, anotando la hora en que se realizó la observación, y dibujad un mapa celeste, indicando mediante puntos los objetos más luminosos, tratando de identificarlos en Stellarium.

19 La posición de la Tierra en el universo

20 Tras vuestra observación del cielo Qué ideas pensáis que pudieron formarse sobre el movimiento de los astros los antiguos observadores?

21 Trayectoria aparente de las estrellas Trayectoria aparente de los planetas

22 El universo según Aristóteles Aristóteles a.c. Cómo creéis que explicaba Aristóteles la caída de un cuerpo pesado?

23 Explica el modelo aristotélico el movimiento retrogrado de los planetas?

24 El sistema geocéntrico Ptolomeo Qué fenómenos cotidianos apoyan el sistema geocéntrico de Ptolomeo? Cómo se explica la gran aceptación del modelo geocéntrico y su persistencia a lo largo de más de 20 siglos? Qué razones llevarían a cuestionarlo?

25 El sistema heliocéntrico Copérnico (S. XVI; ) De revoluionibus orbium coelestium (Sobre las revoluciones de las esferas celestes) Aristarco de Samos (S. III a.c., 100 años después de Aristóteles) El modelo heliocéntrico fue atacado, entre otros, con los siguientes argumentos: Si la Tierra se mueve, no debería quedarse retrasado un objeto que cae hacia el suelo? Y no deberíamos ver que la posición de las estrellas se modifica al irse desplazando la Tierra a lo largo de su trayectoria? Por grupos, plantead respuestas para cada una de dichos argumentos.

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27 Galileo Telescopio: manchas en la superficie del Sol, cráteres y montañas en la Luna y satélites en torno a Júpiter. Kepler Las leyes de Kepler: 1ª Ley: Las órbitas de la Tierra y demás planetas alrededor del Sol no son circulares sino elípticas, encontrándose el Sol en uno de sus focos Qué aspectos cuestionaban del modelo geocéntrico?

28 Trabajo monográfico Confrontación de los modelos geocéntrico y heliocéntrico. Enumerad argumentos de cada uno de los sistemas.

29 Debate sobre los problemas a los que tuvo que enfrentarse Galileo Visionado de fragmentos de la película Galileo de Liliana Cavani. Conocéis otros conflictos que, a lo largo de la historia de la humanidad, hayan enfrentado a la ciencia y a la tecnología con posturas dogmáticas?

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31 Johannes Kepler ( ) Estudiando las posiciones del planeta Marte: Las órbitas de los planetas eran elípticas, no circulares.

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33 1ª Ley de Kepler Los planetas giran alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas. El Sol está en uno de sus focos.

34 2ª Ley de Kepler La recta que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales Los planetas se mueven más deprisa cuando están próximos al sol que cuando están alejado de él.

35 3ª Ley de Kepler El cuadrado del periodo del movimiento de un planeta es directamente proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol Si elevas al cuadrado el Tiempo en que da una vuelta un planeta y lo divides por el cubo de la distancia más lejana que alcanza su recorrido obtenemos un numero que es el mismo para todos los planetas que giran.

36 A qué se debe esto?

37 Argumenta a partir de las Leyes de Kepler por qué la duración del año de Marte es mayor que la del año terrestre.

38 Según la concepción aristotélica - escolástica del universo, el movimiento de los objetos celestes era considerado natural, no sometido a fuerzas Qué argumentos podemos aducir para afirmar que, por ejemplo, la Luna no está sometida a fuerzas o que sí lo está? El giro de la Luna alrededor de la Tierra o de los planetas alrededor del Sol obligó a Newton a admitir que se trataba de movimientos forzados. Pero, cuál podría ser esa fuerza? cuál fue la gran intuición de Newton al respecto?

39 Por qué Newton tuvo menos dificultades que Galileo para que fueran aceptadas sus ideas?

40 Características fuerza gravitatoria Universal Parejas de acción - reacción Siempre de atracción Debida a la masa Muy débiles Dirección: línea recta que une las masas. Intensidad Ley de Gravitación Universal de Newton.

41 De qué factores cabe suponer que dependa la interacción gravitatoria entre dos cuerpos? Masa Distancia

42 Ley de Gravitación Universal Dos cuerpos de masa m1 y m2, separados por una distancia r, se atraen con una fuerza directamente proporcional al cuadradao de la distancia entre ellos. G = constante de gravitación universal = 6, N m 2 /Kg 2

43 La Ley de la Gravitación Universal paso a paso En la física anterior a Newton una manzana cae verticalmente hacia la Tierra en una trayectoria rectilínea, mientras que la Luna describe una órbita casi circular, que es una trayectoria cerrada. Cómo estas dos categorías de movimientos pueden estar relacionadas?

44 El que los planetas puedan ser retenidos en sus órbitas es algo que podemos comprender fácilmente si consideramos los movimientos de los proyectiles. En efecto, una piedra arrojada, se ve forzada por su propio peso a abandonar la trayectoria rectilínea ( ) viéndose obligada a describir una línea curva en el aire y, merced a ese camino torcido, se ve finalmente llevada al suelo. Y cuanto mayor sea la velocidad con la que se proyecta, más lejos va antes de caer a tierra. Podemos suponer, por tanto, que la velocidad se incrementa de tal modo que describa un arco de (muchas) millas antes de llegar al suelo, hasta que, finalmente, excediendo de los límites de la Tierra, pasará totalmente sin tocarla

45 La Ley de la Gravitación Universal paso a paso: principios de la dinámica. Primer Principio de la Dinámica Un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza resultante, no cambia su velocidad: si está en reposo, sigue en reposo, y si está en movimiento sigue movimiento rectilíneo uniforme. Segundo Principio de la Dinámica Existe una relación constante entre las fuerzas aplicadas a un cuerpo y las aceleraciones producidas. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo. F m a

46 Dinámica de los movimientos circulares: fuerza centrípeta. MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME (m.c.u.) Aceleración normal o centrípeta: 2 v a n r Fuerza centrípeta: 2 v Fc m an m r a n es la aceleración normal o centrípeta. v es la velocidad lineal. r es el radio de la trayectoria.

47 La Ley de la Gravitación Universal Todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. r o d, es la distancia que separa sus centros. Por ejemplo si los cuerpos son la Luna y la Tierra, r es la distancia que hay del centro de la Luna al centro de la Tierra. G es la constante de gravitación universal y su valor en el SI es:

48 Experimento de Cavendish para determinar G Por qué no se percibe la fuerza de gravitación entre cuerpos pequeños?

49 La fuerza peso: un caso particular de la Ley de Gravitación Universal Es la misma fuerza el peso y la atracción gravitatoria para un cuerpo que está sobre la superficie de la Tierra? Intesidad del peso de un cuerpo F P situado sobre la superficie terrestre: M m FP G R T 2 T M T = masa de la Tierra m = masa del cuerpo R T = radio de la Tierra También puede expresarse como: F P m g

50 La fuerza peso: un caso particular de la Ley de Gravitación Universal Cómo Es la misma podríamos Fuerza calcular el Peso y la la atracción aceleración gravitatoria de la gravedad para un cuerpo en que la está superficie sobre la terrestre? superficie de la Tierra? De qué depende la aceleración de la gravedad en la superficie de un astro? mg G M R T 2 T m de su masa g G M R T 2 T de su radio M ( R h) Qué ocurre si el cuerpo se T g G encuentra a una altura h? 2 T Qué ocurre, entonces, con la intensidad de la gravedad y el peso al aumentar la altura?

51 La fuerza peso: un caso particular de la Ley de Gravitación Universal Es la misma Fuerza el Peso y la El atracción traje gravitatoria de un astronauta para un cuerpo puede que está sobre llegar la superficie a tener de una la Tierra? masa de unos 130Kg, Cómo pueden caminar por la Luna como si nada? Por qué?

52 LA SÍNTESIS NEWTONIANA Principios de dinámica + Ley de Gravitación Universal MECÁNICA CLÁSICA Comentad la siguiente afirmación: La gravitación universal supuso la rotura de la barrera cielos - Tierra.

53 Moviemiento de los astros La ley de la gravitación universal nos permite estudiar el movimiento de todos los cuerpos celestes y hacer predicciones acerca de: su velocidad, su posición o su periodo orbital (tiempo que tardarán en dar una vuelta completa)

54 Movimiento de los astros Estudiemos el sistema formado por la Tierra y la Luna. Vamos a deducir la velocidad orbital de la Luna y el periodo orbital sabiendo que: G = 6, N m 2 /Kg 2 ; M TIERRA = 5, Kg; M LUNA = 7, Kg; R TL = 3, Km. Qué sabemos? La Tierra atrae a la luna con la fuerza gravitatoria. La Luna gira alrededor de la Tierra describiendo un movimiento circular. Cómo se está comportando la Fuerza gravitatoria? F a C C m L 2 v r a C F F G C G m L M T m 2 R v r 2 TL L 2 MT ml v G m 2 L R r TL F gravitatoria = F centrípeta v G M R T TL

55 Movimiento de los astros Estudiemos el sistema formado por la Tierra y la Luna. Vamos a deducir la velocidad orbital de la Luna y el periodo orbital sabiendo que: G = 6, N m 2 /Kg 2 ; M TIERRA = 5, Kg; M LUNA = 7, Kg; R TL = 3, Km. Cómo podemos calcular el periodo orbital? r T r G M r T v T r v r G M v T T G M T r T 4 3 2

56 Movimiento de los astros Deducid la velocidad orbital de la Tierra alrededor del Sol y el periodo orbital sabiendo que: G = 6, N m 2 /Kg 2 ; M SOL = 1, Kg; M TIERRA = 5, Kg; R ST = 1, Km.

57 Los Ciclos de las Mareas Qué son las mareas? Qué relación tienen con la Ley de la Gravitación Universal?

58 Los Ciclos de las Mareas La parte de agua que está más próxima a la Luna (A) se siente más atraída por ella. La parte más alejada de la Luna (B) se siente menos atraída. Por tanto, existe una diferencia entre las fuerzas en cada punto de la Tierra (A, B, D y E) respecto a la fuerza de atracción lunar en el centro de la Tierra.

59 Los Ciclos de las Mareas Cómo influirá la posición de la Luna con respecto al Sol en las mareas? Imágenes, animaciones, vídeos\como se producen las mareas.avi MAREAS VIVAS MAREAS MUERTAS

60 Aparición periódica de los cometas Predijo que su trayectoria sería una elipse muy excéntrica.

61 Qué otras consecuencias pensáis que pudo tener la Ley de la Gravitación Universal? El movimiento de los satélites artificiales Qué aplicaciones se conciben para los satélites artificiales?

62 Aplicaciones de los satélites artificiales

63 Qué consecuencias tiene la chatarra espacial? Qué tipo de medidas se deberían adoptar para resolver el problema?

64 Qué otras consecuencias pensáis que pudo tener la Ley de la Gravitación Universal? Predicción de la existencia de nuevos planetas en el Sistema Solar, como Neptuno por las irregularidades en la órbita de Urano. Descubrimiento de la existencia de planetas extrasolares (exoplanetas), por la atracción gravitatoria entre ellos y su estrella.

65 Modelo actual del universo Modelo de universo en evolución (cambiante) vs. universo inmutable (que no cambia)

66 El Sistema Solar en el universo actual Ni la Tierra ni el Sol son el centro del universo. Sol estrella de la periferia de la vía láctea una galaxia más en el universo.

67 El universo actual: universo en expansión. Teoría del Big Bang: Toda la materia y energía concentrada en un punto. Gran explosión: dispersión de la materia. Partículas átomos estructuras más complejas primeras estrellas. Universo en expansión: las galalaxias se van alejando unas de otras.