La geosfera
Gravitación y rozamiento
Física y Química
La geosfera
Los primeros modelos cosmológicos
Gravitación y rozamiento
La geosfera
Desde la Antigüedad se establecieron diferentes modelos sobre el universo:
Gravitación y rozamiento
Modelo geocéntrico
o Existen cuatro tipos de astros: el Sol, la Luna, cinco planetas y las estrellas.
o Los planetas describen trayectorias circulares alrededor de la Tierra.
o Las estrellas están fijas a una bóveda invisible que gira alrededor de un punto fijo en el cielo.
o En el modelo geocéntrico, la Tierra está fija e inmóvil en el centro del universo.
o Propuesto por Aristóteles (s. IV a. c.) y Ptolomeo (s. II d. c.).
Modelo heliocéntrico
o El Sol es el centro del universo.
o Los planetas giran alrededor de él describiendo órbitas circulares.
o El único cuerpo que gira alrededor de la Tierra es la Luna.
o La Tierra gira sobre sí misma, lo que produce, entre otros fenómenos, la alternancia del día y la noche.
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Galileo Galilei y la posición en el universo
Realizó meticulosas observaciones con telescopio:
o La Luna tiene una superficie accidentada semejante a la de la Tierra:
los cuerpos celestes no son perfectamente esféricos.
o No todos los cuerpos celestes giran alrededor de la Tierra.
o El Sol presenta manchas cambiantes: no es un cuerpo perfecto.
Kepler y las órbitas elípticas
Enunció tres leyes, que describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol:
o Los planetas no describen una trayectoria circular, sino elíptica, en uno de cuyos focos está el Sol.
o Los planetas se mueven con mayor o menor rapidez según se hallen más o menos próximos al Sol, respectivamente.
o La tercera ley describe la relación que existe entre el tiempo que tarda un planeta en describir una órbita completa (período) y su distancia al Sol.
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La ley de gravitación universal
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En el siglo XVII, Isaac Newton (1642-1727) enunció la ley de gravitación universal:
Entre dos cuerpos cualesquiera existe una fuerza de atracción que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
𝑭 = 𝑮𝒎𝟏𝒎𝟐 𝒓𝟐
donde G es la constante de gravitación universal, cuyo valor no depende ni del lugar ni del medio en el que se encuentren las masas.
Los elementos que definen esta fuerza gravitatoria son:
Punto de aplicación el centro de gravedad de los cuerpos.
Dirección la recta que une los centros de gravedad de cada uno de los cuerpos.
Sentido hacia el cuerpo que ejerce la atracción.
Valor numérico dada por la ecuación de la ley de gravitación universal.
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La fuerza gravitatoria y el peso de los cuerpos
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El peso de un cuerpo es la fuerza con la que la Tierra lo atrae. Se mide con un dinamómetro y se expresa en newtons (N).
El peso de un cuerpo viene dado por:
𝑷𝒆𝒔𝒐 = 𝒎𝒂𝒔𝒂 · 𝒂𝒄𝒆𝒍𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒈𝒓𝒂𝒗𝒆𝒅𝒂𝒅 𝑷 = 𝒎 · 𝒈
g = aceleración de la gravedad, 9,8 m/s2
Punto de aplicación El centro de gravedad del cuerpo.
Dirección Hacia el centro de la Tierra Sentido Hacia el centro de la Tierra Valor numérico 𝑃 = 𝑚 · 𝑔
Los elementos de la fuerza peso son:
El valor de g depende de la distancia del cuerpo al centro de la Tierra.
La masa del cuerpo se determina mediante una balanza.
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La fuerza gravitatoria y la caída de los cuerpos en la superficie terrestre
El método científico
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o El movimiento de caída libre es rectilíneo y acelerado, porque actúa una única fuerza en la misma dirección del movimiento: la fuerza de atracción gravitatoria.
o Si dejamos caer un cuerpo, experimenta la
aceleración de la gravedad, g, que es idéntica para todos los cuerpos.
o Galileo fue el primer científico que demostró experimentalmente que, si despreciamos la resistencia que ofrece el aire, todos los cuerpos caen hacia la Tierra con la misma aceleración.
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La fuerza gravitatoria y las mareas
El método científico
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o El movimiento de las mareas se debe a la fuerza de atracción gravitatoria que la Luna ejerce sobre la Tierra.
o Los océanos que se encuentran en el lado de la Tierra más próximo a la Luna, son atraídos hacia ella, produciéndose una marea alta. Debido a la rotación terrestre, se produce otra marea alta en el punto opuesto. En los puntos de la Tierra que se encuentran a 90° de la dirección Tierra-Luna se producen mareas bajas.
o Cuando la Luna y el Sol están alineados, en luna llena o luna nueva, sus fuerzas se combinan para producir mareas extremadamente altas o bajas (mareas vivas).
o Cuando se disponen formando un ángulo recto, se originan mareas menos extremas (mareas muertas).
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La fuerza gravitatoria y el movimiento circular
El método científico
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o En todo movimiento circular existe una
aceleración centrípeta (hacia el centro de la circunferencia) y, por tanto, una fuerza
centrípeta que lo origina.
o La fuerza gravitatoria, según la ley de
gravitación, universal, es una fuerza centrípeta.
o La Luna describe una órbita circular alrededor de la Tierra, movida por la fuerza gravitatoria.
o Los cometas describen órbitas elípticas cuyos períodos de revolución alrededor del Sol varían desde unos pocos años hasta miles de años.
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Nuestro lugar en el universo: nuevos modelos cosmológicos
El método científico
Gravitación y rozamiento
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Una unidad astronómica, UA, es la distancia media entre la Tierra y el Sol, y equivale a 149 600 000 km (aproximadamente, 150 millones de kilómetros).
Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año.
El fin del modelo copernicano
La teoría del Big Bang
En 1923,el astrónomo E. Hubble (1889-1953) hizo dos grandes descubrimientos : o Existen otras muchas galaxias en el universo, además de la Vía Láctea.
o Estas galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a la distancia que las separa: el universo se expande.
Una gran explosión originó el
universo. Al expandirse el universo, la temperatura fue disminuyendo y las partículas elementales que lo
formaban fueron combinándose, dando lugar a hidrógeno y helio, y después, dentro de las estrellas, al
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Niveles de agrupación de los cuerpos en el Universo
Estrellas y sistemas planetarios
Galaxias
Nebulosas
Cúmulos de galaxias
Supercúmulos
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La fuerza de rozamiento
El método científico
Gravitación y rozamiento
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La fuerza de rozamiento, FR, es una fuerza que se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos y que se opone al deslizamiento de uno sobre el otro.
Punto de aplicación el centro de gravedad de los cuerpos.
Dirección paralela a las superficies que están en contacto.
Sentido opuesto al del movimiento.
Valor numérico depende del peso de los cuerpos, su naturaleza y el grado de pulimento de sus superficies.
Los elementos que la definen son:
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Factores de los que depende el valor de la fuerza de rozamiento
1. Influencia del tamaño de la superficie de contacto entre los cuerpos La fuerza de rozamiento es independiente
del área de las superficies en contacto.
2. Influencia del peso de los cuerpos
La fuerza de rozamiento es proporcional al peso del cuerpo.
3. Influencia de la naturaleza de las superficies en contacto y del grado de pulimento de las mismas
La fuerza de rozamiento sí depende de la naturaleza de las superficies en contacto.
Además, cuanto más lisas sean las superficies en contacto, menor será el rozamiento.
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Efectos negativos y positivos de la fuerza de rozamiento
Efectos negativos del rozamiento Efectos positivos del rozamiento o Sobrecalentamiento y desgaste de
piezas en las máquinas.
o Mayor consumo de energía para
suministrar más fuerza a las máquinas.
o Desgaste de tejidos, calzados…
o Desgaste de los neumáticos.
o Desgaste de cartílagos y huesos.
o Erosión de piedras y rocas.
o Permite el movimiento de las personas y los animales.
o Permite que los vehículos circulen en el asfalto, tomen las curvas y frenen.
o Evita que los cuerpos permanezcan indefinidamente en movimiento.
o Enciende las cerillas y los mecheros.
o Permite escribir con un lápiz de grafito sobre papel.
