630 likes | 797 Views
FORCES GRAVITATÒRIES. FQ 4t ESO – 2012-2013. L’Univers que veiem. Si mirem el cel nocturn podem veure diferents cossos celestes El Sol, la Lluna, algunes estrelles ( Proxima Centauri), alguns planetes (Venus)…
E N D
FORCES GRAVITATÒRIES FQ 4t ESO – 2012-2013
L’Univers que veiem • Si mirem el cel nocturn podem veure diferents cossos celestes • El Sol, la Lluna, algunes estrelles (Proxima Centauri), alguns planetes (Venus)… • Amb l’ajuda de telescopis: satèl·lits (Ganimedes…), galàxies (la Via Làctia), nebuloses, planetes nans (Plutó), asteroides (Ceres) i cometes (Halley) • Fem una ullada més acurada a aquests objectes mitjançant la presentació: ELS PLANETES
ELS PLANETES Un viatge breu a través del Sistema Solar
Germana Lluna Un quart de Lluna vista des del transbordador Columbia
Olympus Mons Canals i reguerols a la superfície de Mars, fotografiats per la nau Mars Global Surveyor
Fobos i Deimos Fobos Gaspra (asteroide 951), Fobos i Deimos
Ganimedes, Cal·listo, Io i Europa Els satèl·lits de Júpiter descoberts per Galileu
Amaltea comparada amb Io Superfície glaçada d’Europa Hemisferi Nord de Ganimedes Cal·listo
Satèl·lits d’Urà : Miranda, Ariel, Umbriel, Titània iOberó Imatge d’Ariel des del Voyager
ELS PLUTOIDES O PLANETS NANS Una nova categoria d’objectes del Sistema Solar
Eris i la poma de la discòrdia Eris iDisnòmia
Ceres, un antic asteroide elevat a la categoria de planeta nan Grandària de Ceres comparada amb la Lluna
Models de l’univers • A la Grècia antiga alguns filòsofs intentaren establir models per explicar les seues observacions del cel. Es coneixien set astres: el Sol, la Lluna, Mercuri, Venus, Mart, Júpiter i Saturn, i es suposava que es movien sobre la resta d’estrelles fixes. Per això pensaren que nosaltres ens trobàvem immòbils en la Terra, mentre les esferes giraven en el cel • Model de Ptolemeu: la Terra és el centre de l’univers (geocèntric) • Model d’Aristarc de Samos: el Sol és el centre de l’univers (heliocèntric)
Model geocèntric • Claudi Ptolemeuvisqué a Alexandria (Egipte) entre els anys 85 i 165 AD • Segons els seu model geocèntric de l’univers, la Terra es troba immòbil i la resta d’estrelles giren al seu voltant • La Terra es troba al centre i és un cos esfèric immòbil • La resta de cossos celestes gira al voltant de la Terra. El Sol i la Lluna descriuen trajectòries circulars però els planetes descriuen òrbites més complexes • Ptolemeu imaginà que els planetes descrivien petites esferes al voltant d’un centre que a la vegada es trobava en una esfera major centrada en la Terra
Les petites esferes dels planetes s’anomenaven EPICICLES i l’esfera global descrita pel planeta DEFERENT • Tot el sistema estava cobert per l’esfera d’estrelles fixes, que també girava al voltant de la Terra • Aquest model explicava aproximadament el curiós moviment dels planetes, anomenat RETRÒGRAD, perquè semblava que el planeta de vegades avançava però d’altres retrocedia
Models heliocèntrics • Segons Aristarc de Samos (310-230 AC), el Sol es troba en el centre de l’Univers, i la Terra, la Lluna i els cinc planetes giren al seu voltant a diferents velocitats en òrbites de radis diferents • Nicolau Copèrnic (1473-1543) també posà el Sol al centre. La Terra i la resta de planetes giraven al seu voltant i descrivien òrbites circulars, únicament la Lluna girava al voltant de la Terra
Descobriments de Galileu • GalileoGalilei (1564-1642) fou un científic italià molt destacat. Va resoldre molts problemes importants de Física, Matemàtiques i Astronomia • Galileu va emprar un telescopi per a verificar les seues recerques i obtingué nombroses proves per recolzar el model de Copèrnic • Entre les seues principals descobertes va demostrar que la Lluna tenia valls i muntanyes, per tant no era un cos perfecte, tot contradient Aristòtil • Venus mostrava fases com la Lluna, cosa que només es podia explicar si feia voltes al voltant del Sol
La Via Làctia està constituïda per nombrosos estels • El Sol té taques fosques, en contrast amb la seua superfície brillant • Júpiter té nombrosos satèl·lits al seu voltant. Aquesta fou la primera prova directa que no tots els cossos celeste giraven al voltant de la Terra • Va descobrir els anells de Saturn, encara que no els va identificar com a tals i els anomenà protuberàncies • Va publicar les seues conclusions més importants en dos llibres El Missatger Celeste (1610) i Diàleg els dos sistemes del món (1632) • Sempre va defensar que les òrbites eren circulars i no va acceptar la proposta de Kepler d’òrbites el·líptiques per als planetes
ACTIVITATS • Assenyaleu les principals diferències entre el model de Ptolemeu i el model de Copèrnic. • Quin és el major avantatge del model copernicà comparat amb el model ptolemaic? • Com explicava Copèrnic el moviment retrògrad dels planetes? • Respecte al model de Ptolemeu, el rei castellà Alfons X el Savi (1221-1284) va dir que… “Si Déu m’hagués demanat consell, li hauria proposat una cosa més senzilla”. Expliqueu el comentari.
Cinemàtica de l’Univers • L’astrònom i matemàtic alemany Johannes Kepler(1571-1630) va fer nombrosos estudis que el menaren a descobrir les lleis que descriuen el moviments dels planetes. Va tenir accés a les dades força precises del seu mestre TychoBrahe (1546-1601), el gran astrònom danès • Kepler va considerar un sistema heliocèntric, com Copèrnic, però va descobrir que les posicions de Mart s’ajustaven millor a una òrbita el·líptica que a una de circular • Va proposar les tres lleis del moviment planetari: • PRIMERA LLEI: Tot planeta es mou descrivint una òrbita el·líptica amb el Sol en un focus
SEGONA LLEI : La línia que va del Sol a cada planeta cobreix àrees iguals en els mateixos intervals de temps • TERCERA LLEI : Els quadrats dels temps de revolució (períodes) dels planetes són proporcionals als cubs de les seues distàncies mitjanes al Sol (T2 ≈ r3 per a tots els planetes) TychoBrahe Johannes Kepler
ACTIVITAT • Al voltant de Júpiter giren quatre grans satèl·litsde manera semblant a com ho fan els planetes al voltant del Sol. En la taula adjunta apareixen les dades de les distàncies a Júpiter i els seus períodes orbitals. Calculeu i completeu les columnes buides i representeu una gràfica de T2 en front de r3. Compareu els resultats amb el vostre llibre de text (p.66).
Dinàmica de l’Univers: Newton • La següent generació de científics va produir el geni més gran de tots els temps: Isaac Newton. Tanmateix, ell sempre reconegué que va fer el que va fer perquè pogué caminar sobre les espatles de gegants: Galileu, Kepler, Brahe… • Isaac Newton nasqué un dia de Nadal el 1642 a WoolsthorpeManor en Lincolnshire i va morir el 1727 a Londres. El seu cos està enterrat a l’Abadia de Westminster amb tots els herois nacionals d’Anglaterra • La seua principal contribució a la Física va ser la seua Teoria de la Gravitació Universal • Construí una sòlida estructura per explicar perquè els planetes es mouen al voltant del Sol
La Llei de la Gravitació Universal • Els planetes giren al voltant del Sol i descriuen òrbites el·líptiques. Això és possible perquè el Sol atrau els planetes amb una força anomenada gravetat que obliga els planetes a girar al seu voltant • Basant-se en les Lleis de Kepler va desenvolupar la Llei de la Gravitació Universal que diu: • Qualsevol parell d’objectes de l’Univers s’atrauen mútuament amb una força per a qualsevol parell de masses és directament proporcional al producte de les masses implicades i inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa
En forma matemàtica: FG = G · M · m / d2 G = constant gravitacional universal M, m = masses dels cossos implicats d = distància entre els centres dels cossos
Experiment de Cavendish Com es pot calcular el valor de G? G = 6,67·10-11 N·m2·kg-2
Com podem estar segurs que el valor de G és correcte? • Hi ha TRES dades fonamentals obtingudes al llarg de la història de la ciència que ens permeten de creure que aquestes mesures són correctes. Responen a aquesta pregunta: QUÈ VAL LA DENSITAT DE LA TERRA? EL NOMBRE OBTINGUT CORRESPON A UN RESULTAT LÒGIC? • La primera dada fou obtinguda a l’Antiguitat: el RADI DE LA TERRA. El coneixem aproximadament des d’Eratòstenes (+195 AC), segon bibliotecari de la Universitat d’Alexandria a l’Antic Egipte. Va mesurar la grandària de la Terra aproximadament el 235 AC. En unitats actuals el radi val R = 6370 km • La segona referència és el valor de la gravetat, l’acceleració de caiguda lliure dels cossos. Des de Galileu i Newton sabem que tots els cossos cauen amb la mateixa acceleració en absència de fricció, és a dir, en el buit, independentment de la seua massa. El resultat dóna: g = 9,8 m·s-2, en la proximitat del nivell del mar