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Ley de gravitación universal
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El Sistema Planetario
El Sistema Planetario
El comportamiento de los astros ha sido uno de los problemas que ha intrigado al hombre desde los albores de la civilización. La belleza y majestuosidad del cielo estrellado siempre llamó la atención de los seres humanos. Lamentablemente, la contaminación lumínica no permite a los habitantes de las ciudades actuales disfrutar de tan hermoso paisaje del universo.
• Leyes De Kepler
1ª Ley de Kepler
2ª Ley de Kepler
3ª Ley de Kepler
• El Origen del Sistema Solar:
• La Teoría del Big Bang
II. El sol y los planetas
El Sol
Es la estrella más cercana a la Tierra y el elemento mayor del Sistema Solar. Las estrellas son los únicos cuerpos del Universo que emiten luz. El Sol es nuestra principal fuente de energía, que se manifiesta, sobre todo, en forma de luz y calor.
Contiene más del 99% de toda la materia del Sistema Solar. Ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas y los hace girar a su alrededor.
El Sol se formó hace 4.650 millones de años y tiene combustible para 5.000 millones más. Después, comenzará a hacerse más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Finalmente, se hundirá por su propio peso y se convertirá en una enana blanca, que puede tardar un trillón de años en enfriarse.
El periodo de rotación de la superficie del Sol es de apróximamente 26 días, presentando mayor “arrastre” en la zona ecuatorial que en la zona polar.
El Sol, junto al sistema solar, gira alrededor del centro de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Da una vuelta cada 200 millones de años. Ahora, se mueve hacia la constelación de Hércules a 19Km./s.
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La Tierra
La Tierra
Es el tercer planeta del sistema solar y el único que posee vida, al menos en la forma que la conocemos. Gira describiendo una órbita elíptica alrededor del Sol, a unos 150 millones de km, en aproximadamente un año. Al mismo tiempo, gira sobre su propio eje cada día. La Tierra no es una esfera perfecta, ya que en el ecuador se engruesa 21km, el polo norte está dilatado 10m y el polo sur está hundido unos 31 metos.La Tierra posee una atmósfera rica en oxígeno, temperaturas moderadas, agua abundante y una composición química variada. El planeta se compone de rocas y metales, sólidos en el exterior, pero fundidos en el interior. La Tierra gira alrededor del Sol, describiendo una orbita elíptica a una velocidad media de 29,8km/seg. La distancia media que la separa del Sol es de 149. 600.000km. La luz solar tarda algo mas de 8 minutos en llegar a la Tierra.
• Evolución de la Tierra
La Tierra se formó hace unos 4.650 millones de años, junto con todo el Sistema Solar, mediante la aglutinación de polvo cósmico, que fue progresivamente enfriándose, pero en el proceso de acrecimiento, debido a la contracción de materiales y la radiactividad de algunos de los elementos más pesados, su masa se calentó hasta llegar a fundirse bajo la influencia de la gravedad, produciéndose una diferenciación, entre la corteza, el manto y el núcleo. Los silicatos más ligeros se desplazaron a la superficie para formar la corteza y los elementos más pesados, sobre todo el hierro y el níquel, migraron hacia el centro de la Tierra para formar el núcleo. Por otra parte, se produjo una intensa actividad volcánica, que provocó la salida de vapores y gases volátiles y ligeros, los que , atrapados por la gravedad de la Tierra, dieron lugar a la formación de una atmósfera primitiva, mientras el vapor de agua condensado formó los primeros océanos.
• Estructura de las capas terrestres
Desde el exterior hacia el interior podemos dividir la Tierra en cinco partes:
I. Atmósfera
Llamamos atmósfera a una mezcla de varios gases que rodea cualquier objeto celeste, como nuestro planeta, cuando este posee un campo gravitatorio suficiente para impedir que escapen.La atmósfera terrestre es la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo sólido del planeta y que se mantiene atrapada por la fuerza gravitatoria Tiene un grosor de más de 1100km, pero la mitad de su masa se concentra en los 5,6km más cercanos a la superficie terrestre.
La atmósfera terrestre es una mezcla de gases que se ha desarrollado a lo largo de 4.500 millones de años. Actualmente, está compuesta principalmente de nitrógeno (78,%) y oxígeno (21%) y un conjunto de otros gases, en proporciones menores.
La atmósfera primigenia debió estar conformada únicamente de emanaciones volcánicas, es decir, una mezcla de vapor de agua, dióxido de carbono, dióxido de azufre y nitrógeno, sin rastro apenas de oxígeno. Diversos procesos físicos, químicos y biológicos transformaron esa atmósfera primitiva hasta alcanzar la fisonomía con que ahora la conocemos.
En la parte superior de la atmósfera, se encuentra la capa de ozono, de enorme importancia para protegernos de las radiaciones ultravioleta. Además de proteger al planeta y proporcionar los gases que necesitan los seres vivos, la atmósfera determina el tiempo y el clima.
II. Hidrósfera
Comprende todas las superficies acuáticas del mundo, como mares interiores, lagos, ríos y aguas subterráneas. La Tierra es el único planeta en nuestro sistema solar que posee agua líquida en su superficie. El agua cubre un 71% de la superficie de la Tierra (97% de ella es agua de mar y 3% agua dulce). En la Tierra, el agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gaseoso. Se encuentra en estado sólido en los glaciares y los casquetes polares. Existe, en estado líquido, en las nubes de lluvia y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de las rocas, debajo de la superficie terrestre, formando depósitos subterráneos que abastecen a pozos y manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los períodos de sequía.III. Corteza
Es la capa más superficial con un espesor que varía entre los 12km, en los océanos, hasta los 80km en las zonas altas La corteza terrestre tiene un grosor variable, que alcanza un máximo de 75km bajo la cordillera del Himalaya y se reduce a menos de 7km en la mayor parte de las zonas profundas de los océanos. La corteza continental es distinta de la oceánica. La capa superficial está formada por un conjunto de rocas sedimentarias Por debajo, existen rocas del tipo del granito, formadas por enfriamiento del magma. La capa interior está formada por basalto.
IV. Manto
Es una capa intermedia entre la corteza y el núcleo, que se extiende hasta una profundidad de 2900km. En ella predominan los compuestos de SilicioV. Núcleo
Es la capa más profunda del planeta con un espesor de 3470Km. Está compuesto de una aleación de hierro y níquel En esta zona las temperaturas superan los 6000º C.• Dinámica del planeta
La teoría de las placas tectónicas establece que la litósfera, porción superior mas fría y rígida de la tierra, está fragmentada en una serie de placas, que se desplazan sobre el manto terrestre arrastradas por corrientes de convección.De acuerdo a esta teoría, las placas están en movimiento, generándose una interacción a lo largo de sus fronteras, que provoca enormes deformaciones en la corteza, lo que da lugar a la formación de grandes cadenas de montañas y profundas fosas marinas.
La tierra que hoy conocemos tiene un aspecto muy distinto al que tenía poco después de su nacimiento, hace unos 4.500 millones de años. Entonces, era un amasijo de rocas conglomeradas, cuyo interior se calentó y fundió todo el planeta. Con el tiempo, la corteza se secó y se volvió sólida. En las partes más bajas, se acumuló el agua mientras que, por encima de la corteza terrestre, se formaba una capa de gases, la atmósfera.
Agua, tierra y aire empezaron a interactuar en forma bastante violenta ya que, en el curso del proceso descrito, la lava emanaba en abundancia por múltiples grietas de la corteza, que se enriquecía y transformaba, gracias a toda esta actividad.
En efecto, después del periodo inicial, en que la Tierra era una masa incandescente, las capas exteriores empezaron a solidificarse, pero el calor procedente del interior las fundía de nuevo. Finalmente, la temperatura bajó lo suficiente como para permitir la formación de una corteza terrestre estable.
Al principio, la tierra no tenía atmósfera y recibía muchos impactos de meteoritos. La actividad volcánica era intensa, por lo que grandes masas de lava salían al exterior y aumentaban el espesor de la corteza, al enfriarse y solidificarse.Esta actividad de los volcanes generó una gran cantidad de gases que acabaron formando una capa sobre la corteza. Su composición era muy distinta de la actual, pero fue la primera capa protectora y permitió la aparición de agua líquida. Algunos autores la llaman “Atmósfera I”.
En las erupciones, a partir del oxígeno y el hidrógeno, se generaba vapor de agua, que al ascender por la atmósfera, se condensaba, dando origen a las primeras lluvias. Al cabo del tiempo, con la corteza más fría, el agua de las precipitaciones pudo mantenerse en estado líquido en las zonas más profundas, formando mares y océanos, es decir, la hidrósfera.
I. Sismos
Con el término sismo se designan todos los movimientos convulsivos de la corteza terrestre; algunos de ellos son imperceptibles y solo registrables por instrumentos de extraordinaria sensibilidad. Los macrosismos y los megasismos son los conocidos con el nombre de temblores de tierra o terremotos
El origen del 90 % de los terremotos es tectónico, relacionado con zonas fracturadas o fallas, que dejan sentir sus efectos en áreas extensas. Un segundo tipo se origina por erupciones volcánicas y existe un tercer grupo, los llamados sismos locales, que afectan a una región muy pequeña, debidos a hundimientos de cavernas, cavidades subterráneas o galerías de minas; trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan sobre capas arcillosas, solo registrables por aparatos de extraordinaria sensibilidad, aunque en ocasiones, pueden producir un cierto grado de conmoción.
Los terremotos tectónicos : Suelen producirse en zonas donde la concentración de fuerzas generadas por los límites de las placas tectónicas, da lugar a movimientos de ajuste en el interior y en la superficie de la Tierra. Estos sismos están asociados directamente a las fallas geológicas, pudiendo alcanzar altas intensidades.
Sismos Volcánicos: Directamente relacionados con las erupciones volcánicas. Son de poca intensidad y dejan de percibirse a cierta distancia del volcán.
El punto interior donde se produce el sismo se denomina foco sísmico o hipocentro y el punto de la superficie que se halla directamente en la vertical del hipocentro recibe el nombre de epicentro.
La actividad sísmica se propaga mediante ondas sísmicas, las que, al alcanzar la superficie, pueden provocar destrucción e incluso, cambios en el paisaje.
El origen de un terremoto es la energía liberada por el movimiento rápido de dos bloques de la corteza terrestre. Este movimiento origina ondas sísmicas, que se propagan en todas las direcciones a partir del foco.
Las ondas sísimicas son de dos tipos:
Ondas primarias, ondas P: (por ser las primeras en producirse) o longitudinales, que consisten en vibraciones de oscilación de las partículas sólidas en la dirección de propagación de las ondas. Por producir cambios de volumen en los materiales, se les llama también de compresión; son las de mayor velocidad y se propagan en todos los medios.
Ondas secundarias, ondas S (por ser las segundas en llegar) o transversales, que producen una vibración de las partículas en dirección perpendicular a la propagación del movimiento. Pueden vibrar en un plano horizontal o vertical, no alteran el volumen, son más lentas que las ondas P y no se propagan a través de los fluidos. Se conocen como ondas de cizalla o distorsión.
La interferencia de estos frentes de ondas con la superficie terrestre origina un tercer tipo de ondas, denominadas superficiales u ondas L. Son más lentas y al viajar por la periferia de la corteza, tienen una gran amplitud, siendo las causantes de los mayores desastres.
Para medir la actividad sísmica se utilizan instrumentos como los sismógrafos, entre otros. Para medir la intensidad, se utilizan las Escala de Mercalli y la de Richter.
La escala de Mercalli es de tipo cualitativo, pues mide la intensidad en función a los efectos que se generan en edificios, construcciones y personas.
La escala de Richter es una escala logarítmica, utilizada para medir la energía liberada.
Ver enlaces relacionados
• La Luna
La Luna es el satélite natural de la Tierra. Su diámetro, de unos 3.476km, es aproximadamente, una cuarta parte del de la Tierra y su masa es casi 80 veces menor. La densidad media de la Luna es de 3,34 g/cm3, próxima a la de Marte y considerablemente menor a la de nuestro planeta (5,52 g/cm3).
La gravedad, en la superficie, alcanza a un sexto de la gravedad terrestre. La Luna orbita a la Tierra a una distancia media de 384.400km. La superficie presenta un relieve irregular , con una gran cantidad de cráteres, debido al impacto de meteoritos.
I. Origen de la Luna
Una teoría sobre el origen de la luna establece que esta habría tenido su origen en una colisión de la Proto –Tierra (Tierra en proceso de formación) con un protoplaneta, en los albores del sistema solar, a raíz de la cual se habría provocado un desprendimiento de gran parte del proto –planeta, que habría sido lanzada al espacio en una dirección que le permitió separarse, pero no lo suficiente como para escapar a la atracción gravitatoria de la Tierra.Esta teoría se fundamenta principalmente en los siguientes puntos: La similitud existente entre los componentes superficiales de la Tierra y la Luna y el momento angular del sistema Tierra – Luna.
II. Movimientos de la Luna
La luna, al igual que la Tierra, posee movimiento de rotación y de traslación, este último, en torno a la Tierra. Ambos movimientos tardan el mismo tiempo – 27,3 días, aproximadamente- por lo que vemos siempre la misma cara de nuestro satélite.III. Fases de la Luna
Las fases de la luna corresponden a las diferentes iluminaciones que presenta este satélite en el curso de un mes. Estas dependen de la disposición de la Luna, la Tierra y el Sol, situación que determina la luz que la Luna refleja.
La Luna Nueva: Se produce cuando la Luna está entre la Tierra y el Sol y por lo tanto, no la vemos.
La Luna Llena: La Tierra se ubica entre el Sol y la Luna; esta recibe los rayos del sol en su cara visible, por lo tanto, se ve completa.
Cuarto Menguante: Los tres cuerpos vuelven a formar un ángulo recto, por lo que se puede observar en el cielo, la otra mitad de la cara lunar.Ver enlace relacionado
IV. Eclipses
Los eclipses de Sol o de Luna se producen en las fases de luna nueva y llena; sin embargo, nosotros no vemos un eclipse de Sol todos los meses cuando hay Luna nueva, ni vemos desaparecer todos los meses la Luna detrás de la sombra de la Tierra; esto se debe a que la órbita de la Luna está inclinada cinco grados con respecto a la órbita de la Tierra alrededor del Sol, así que la sombra de la Luna solo se ve sobre la superficie de la Tierra cuando el satélite está cerca del plano en que se ubican la Tierra y el Sol.Aunque la Luna tiene un diámetro unas 400 veces menor que el del Sol, su distancia media a la Tierra es unas 400 veces menor. Por eso ocupa en el cielo que vemos, prácticamente el mismo espacio que el Sol, y es capaz de eclipsarlo. Sin embargo, debido a que la órbita de la Luna es elíptica (esta no está siempre a la misma distancia de la Tierra), y a que la Tierra también tiene una órbita elíptica alrededor del Sol, el espacio que ocupan en nuestro cielo ambos astros no es siempre el mismo. Por eso, cuando ocurre un eclipse central (la Luna pasa justo delante del Sol), este puede ser Total (sí el diámetro de la Luna es mayor que el del Sol en ese momento) o Anular (en cuyo caso se oscurece el centro del Sol, pero sus bordes son visibles).
Los eclipses de Luna se producen cuando se interpone la Tierra entre el Sol y la Luna, proyectando una sombra sobre esta.
Los eclipses de Sol se producen cundo la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol.
V. Mareas
Se producen como consecuencia de la atracción gravitacional del Sol y la Luna sobre las aguas de los océanos de la Tierra. No obstante, la atracción de la Luna sobre la Tierra es mucho más significativa que la ejercida por el Sol. Aunque la Luna posee una masa significativamente menor a la del Sol, su mayor la proximidad a la Tierra, explica el predominio de su efecto.Newton demostró que las mareas se producen por diferencias en los tirones gravitacionales generados entre la Luna y la Tierra, en los lados opuestos de esta última. La fuerza gravitacional entre ambos cuerpos celestes es mayor en la cara de la Tierra más cercana a la Luna, y más débil en la que está más alejada de ella, puesto que la fuerza de gravitación está asociada a la distancia entre los cuerpos.
Además, la atracción de la Luna se combina con la rotación de la Tierra para producir el desplazamiento de los volúmenes protuberantes de agua, por lo que se forman dos abultamientos en los lados opuestos a la Tierra. Cuando la Tierra se encuentra en línea recta con el Sol y la Luna, esto es, durante la Luna nueva y llena, las mareas son más pronunciadas y se habla de mareas vivas. Si el Sol, la Tierra y la Luna están en ángulo recto, lo que corresponde a los cuartos, creciente y menguante, las mareas son menos intensas y se llaman mareas muertas.
Autoevaluaciones
Pregunta Nº 3
Un satélite “geoestacionario” es aquel que gira con la misma velocidad angular que nuestro planeta, lo que nos permite observarlo como si estuviese quieto. ¿A qué altura debe situarse un satélite geoestacionario?
Pregunta Nº 5
Si un supuesto planeta se situase a 4 unidas astronómicas del Sol ¿Cuál sería su período orbital?
Pregunta Nº 6
Determinar la fuerza de atracción que la Tierra y el Sol se ejercen entre sí.
Considere los siguientes datos:
Masa de la Tierra MT=5,98 x 1024 Kg.
Masa del Sol MS= 2×1020 Kg.
Distancia Tierra –Sol rs-t=1,5 x 1011.
La fuerza que el sol ejerce sobre la Tierra se calcula mediante la ley de gravitación universal
Sustituyendo los valores numéricos, se obtiene :
De acuerdo con la tercera ley de Newton, la fuerza que la Tierra ejerce sobre el sol es igual en magnitud y dirección , pero en sentido contrario; por lo tanto, es
.
Pregunta Nº 7
Un satélite artificial terrestre de 950 kg es transportado hasta una altura de 800 km para ponerlo en órbita.
En el momento de la inserción de la órbita, debido a una falla técnica, se le imprime al satélite una velocidad de 500 m/seg, muy superior a la deseada. Determinar si esta falla tendrá consecuencias irreversibles. Datos: Masa de la tierra = 5,98 x1024
Kg, radio terrestre = 6,38 x 106.
El tipo de órbita de un cuerpo está determinado por su energía mecánica. Cuando la energía mecánica es inferior a cero la órbita es elíptica, pero si la energía mecánica es igual o mayor a cero la órbita es una parábola o una hipérbola.
La energía mecánica del satélite es:
Sustituyendo los valores numéricos, se encuentra que la energía mecánica es 6,32 x 107 J
Este resultado indica que la órbita será hiperbólica por lo que el satélite se perderá en el espacio.
Ejercicios
Ejercicio Nº 2
La posibilidad de que un satélite se mantenga en orbita a una cierta distancia de la Tierra depende de:
I.- La masa del satélite.
II.- La altura a la que orbita.
III. -La velocidad angular o la circunferencial del satélite.
Solo I
I y II
I y III
II y III
Todas las anteriores
Ejercicio Nº 3
Según la Ley de Gravitación universal, en la interacción de un par de masas en el espacio, si se reduce una de las masas a la mitad y la distancia que las separa se duplica, la intensidad de la fuerza gravitatoria:
Se mantiene constante.
Se duplica.
Se reduce a la mitad.
Se reduce a la cuarta parte.
Se reduce a la octava parte.
