viernes, 19 de junio de 2009

Enseñanza de las Ciencias Naturales I - Ana María S. - 1º Cuat. - 2009

Enseñanza de las Ciencias Naturales I

Movimiento de los planetas


Caracterización de los movimientos de los planetas.
Caracterización de los cometas. Tipos de movimientos

Principales Teorías:
• Geocéntrica: Teoría - Ilustración
• Heliocéntrica: Teoría - Leyes de Kepler – Ilustración

Movimientos sencillos


• Conceptos generales
• Criterios de clasificación.
• Tipos
• Ejemplos- Ilustración

Movimientos de los planetas

Movimientos de la Tierra

Movimiento de rotación
Denominamos así al movimiento que efectúa la Tierra girando sobre sí misma a lo largo de un eje denominado Eje terrestre que pasa por sus polos. Una vuelta completa, tomando como referencia a las estrellas, dura 23 horas con 56 minutos y 4 segundos (día sideral). Si tomamos como referencia al Sol, el mismo meridiano pasa frente a nuestra estrella cada 24 horas, llamado día solar, los 3 minutos y 56 segundos de diferencia se deben a que en ese plazo de tiempo la Tierra ha avanzado en su órbita y la Tierra debe de girar algo más que un día sideral para quedar frente al Sol.
Como se observa en el gráfico, el eje terrestre forma un ángulo de 23,5 grados respecto a la normal de la eclíptica, fenómeno denominado oblicuidad de la eclíptica. Esta inclinación produce largos meses de luz y oscuridad en los polos geográficos, además de ser la causa de las estaciones del año, causadas por el cambio del ángulo de incidencia de la radiación solar.


Movimiento de traslación
Se denomina de esta manera al movimiento por el cual la Tierra se mueve alrededor del Sol. La causa de este movimiento es la acción de la gravedad, originándose cambios que, al igual que el día, permiten la medición del tiempo. Tomando el Sol como referencia, resulta lo que denominamos año tropical, es el lapso necesario para que se repitan las estaciones del año; dura 365 días, 5 horas y 47 minutos. El movimiento que describe es una trayectoria elíptica de 930 millones de kilómetros a una distancia media del Sol de prácticamente 150 millones de kilómetros.
El Sol ocupa unos de los focos de la elipse y, debido a esta excentricidad, la distancia entre el Sol y la Tierra varía a lo largo del año. A primeros de enero se alcanza la máxima proximidad al Sol, produciéndose el perihelio, (147,5 millones de km de distancia), mientras que a primeros de julio se alcanza la máxima lejanía, denominado afelio (152,6 millones de km de distancia).


Movimiento de precesión
Este movimiento se efectúa debido a que la Tierra no es esférica sino un elipsoide achatado por los polos. Si la Tierra fuera totalmente esférica sólo realizaría los movimientos anteriormente descritos.

Movimientos de los cometas
Los cometas son cuerpos celestes constituidos por hielo y rocas que orbitan el Sol siguiendo órbitas muy elípticas. Los cometas, junto con los asteroides, planetas y satélites, forman parte del Sistema Solar. La mayoría de estos cuerpos celestes describen órbitas elípticas de gran excentricidad, lo que produce su acercamiento al Sol con un período considerable. Son cuerpos sólidos compuestos de materiales que se subliman en las cercanías del Sol, desarrollan una atmósfera que envuelve al núcleo, llamada coma. Esta coma está formada por gas y polvo. Conforme el cometa se acerca al Sol, el viento solar azota la coma y se genera la cola o cabellera característica. La cola está formada por polvo y el gas.
Debido a su pequeño tamaño y órbita muy alargada, solo es posible ver los cometas cuando están cerca del Sol y por un periodo corto de tiempo.

Teoría geocéntrica
Esta teoría fue elaborada por Platón en el siglo V a.c., la misma hacía referencia a la ubicación de la Tierra en el Universo. Coloca la Tierra en el centro del Universo y los astros, incluido el Sol, girando alrededor de ella (geo: Tierra; centrismo: centro).
Ampliando la teoría de Platón, la Tierra era una esfera que descansaba en el centro del Universo. Las estrellas y planetas giraban alrededor de la Tierra en círculos celestiales, ordenados en el siguiente orden (hacia el exterior del centro): Luna, Sol, Venus, Mercurio, Marte, Júpiter, Saturno, demás estrellas.


Teoría heliocéntrica
Esta teoría es la que sostiene que la Tierra y los demás planetas giran alrededor del Sol. El heliocentrismo fue propuesto en la antigüedad por el griego Aristarco de Samos (310 a.c. - 230 a.c.), se basó en medidas sencillas de la distancia entre la Tierra y el Sol, determinando un tamaño mucho mayor para el Sol que para la Tierra. Por esta razón, Aristarco propuso que era la Tierra la que giraba alrededor del Sol y no de modo inverso como comúnmente se aceptada en esa época y en los siglos siguientes.
En el siglo XVI, en el año 1543, la teoría volvería a ser formulada, esta vez por Copérnico. La diferencia fundamental entre la propuesta de Aristarco en la antigüedad y la teoría de Copérnico es que este último emplea cálculos matemáticos para sustentar su hipótesis. Precisamente a causa de esto, y a pesar de que su libro fue prohibido por la Iglesia Católica hasta 1835, durante casi tres siglos, sus ideas marcaron el comienzo de lo que se conoce como la revolución científica. No sólo un cambio importantísimo en la astronomía, sino en las ciencias en general y particularmente en la cosmovisión de la civilización.



Leyes de Kepler

Entre los años 1609 y 1619 se formulan las 3 leyes conocidas como las leyes de Kepler. Kepler llegó a la conclusión de que los planetas giran entorno al sol describiendo órbitas elípticas en vez de circulares y el sol se sitúa en uno de los focos de la elipse.

1° Ley de Kepler
Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.
Esquema:


2° Ley de Kepler
El radio vector que une el planeta y el Sol recorre áreas iguales en tiempos iguales. Cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio)su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio).
Esquema:


3° Ley de Kepler
Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital, que es el tiempo en que tarda en dar una vuelta completa alrededor del Sol, es directamente proporcional al cubo de la distancia media con el Sol.

P= período orbital
R= la distancia media del planeta con el Sol
K= la constante de proporcionalidad
Esquema:



Movimientos Simples


Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
Se define que un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta y uniforme, cuando su velocidad (magnitud física que expresa la variación de posición de un objeto en función del tiempo) es constante en el tiempo, o sea cuando su aceleración es nula.
Podemos calcular la distancia recorrida multiplicando la velocidad por el tiempo transcurrido.
D= V * T → distancia = velocidad * tiempo
Durante un movimiento rectilíneo también puede presentarse el caso de que la velocidad sea negativa. Entonces podemos decir que el movimiento puede considerarse en dos sentidos, el positivo sería alejándose del punto de partida y el negativo regresando al punto de partida.
Es importante mencionar la 1° Ley de Newton, la cual nos dice que toda partícula permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme cuando no hay una fuerza neta que actúe sobre el cuerpo.
Ejemplo: en el gráfico podemos observar como la velocidad es constante en el tiempo. O sea que en 1 hora recorre 20 metros, luego en 2 horas recorre otros 20 metros (40m en total), en 3 horas recorre 20 metros más (60m en total) y así sucesivamente hasta llegar a los 100 metros.

X Y
1 hs 20 m
2 hs 40 m
3 hs 60 m
4 hs 80 m
5 hs 100 m

Movimiento circular uniforme (MCU)
El movimiento circular uniforme es aquel movimiento circular en el que un cuerpo se desplaza alrededor de un punto central, siguiendo la trayectoria de una circunferencia, de tal manera que en tiempos iguales recorra espacios iguales. No se puede decir que la velocidad es constante ya que, al ser una magnitud vectorial, tiene módulo, dirección y sentido: el módulo de la velocidad permanece constante durante todo el movimiento pero la dirección está constantemente cambiando, siendo en todo momento tangente a la trayectoria circular. Esto implica la presencia de una aceleración.
Ejemplo: podemos citar unos de los ejemplos vistos en clase, el del reloj.


Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV)
Es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante, este movimiento recorre espacios diferentes en tiempos iguales.
La aceleración juega un papel muy importante porque es la variación que experimenta la velocidad en la unidad de tiempo. Se considera positiva en el movimiento acelerado y negativa en el retardado
También la gravedad representa un papel muy importante en este fenómeno

Ejemplo: un auto que se encuentra quieto y luego arranca. Cada vez se mueve más rápido, primero se mueve a 10 km por hora, luego a 20 km por hora, luego a 30 km por hora, y así siguiendo hasta alcanzar 100 km por hora. Su velocidad va cambiando (varía).



Movimiento oscilatorio armónico

Es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. Los puntos de equilibrio mecánico son, aquellos en los cuales la fuerza neta que actúa sobre la partícula es cero. Si el equilibrio es estable, pequeños desplazamientos darán lugar a la aparición de una fuerza que tenderá a llevar a la partícula de vuelta hacia el punto de equilibrio. Tal fuerza se denomina restauradora.
En términos de la energía potencial, los puntos de equilibrio estable son los mínimos locales de la misma, y el movimiento oscilatorio tiene lugar en un entorno de un mínimo local.

Ejemplo: uno de los ejemplos vistos en clase es el movimiento del péndulo.


Leyes del péndulo

1) El tiempo de oscilación o período, Es proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del péndulo, Es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la aceleración debida a la gravedad.

2) Las pequeñas oscilaciones del péndulo son isócronas, aunque su amplitud disminuya poco a poco.

3) El plano de oscilación es invariable: aunque se haga girar el punto de suspensión, el péndulo oscilará siempre en la misma dirección. Dicha invariabilidad es debida a la inercia de la materia.

4) El período o tiempo de oscilación doble es independiente de la sustancia de que está hecho el péndulo.

Dichas leyes se cumplen en cualquier lugar del universo.

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