LIBRO VIRTUAL MECANICA CELESTE
ANDREA JULIANA CORREA CASTELLANOS BRIGGITH KATERINE JAIMES GONZALEZ WENDY KATERINE SIERRA RODRIGUEZ
INTITUCION EDUCATIVA ANDRES PAEZ DE SOTOMAYOR AREA DE CIENCIAS NATURALES BUCARAMANGA 2010
LIBRO VIRTUAL MECANICA CELESTE
ANDREA JULIANA CORREA CASTELLANOS BRIGGITH KATERINE JAIMES GONZALEZ WENDY KATERINE SIERRA RODRIGUEZ
PRESENTADO A: Alix Amanda Ardila ASIGNATURA: Física 10-2
INTITUCION EDUCATIVA ANDRES PAEZ DE SOTOMAYOR AREA DE CIENCIAS NATURALES BUCARAMANGA 2010
TABLA DE CONTENIDO
PAG.
INTRODUCCIÓN. HISTORIA DE LA ASTRONOMÍA. o Astrónomos importantes. o Sistema geocéntrico y heliocéntrico. Geocéntrico. Heliocéntrico. ESTACIONES o Porque se dan las estaciones? o Posición tierra-sol para cada estación. o Características para cada estación. La primavera. El verano. El otoño. El invierno.
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Solstilicio y equinoccios. FASES DE LA LUNA o Por que se dan? o Posición luna-sol para cada fase. o Características de cada fase. Luna nueva. Cuarto creciente. Luna llena. Cuarto menguante. ECLIPSES o Porque se dan? o Eclipse de sol. o Eclipse de luna. INGRAVIDEZ o Que es ingravidez? GRAFICO DEL SISTEMA SOLAR CARACTERISTICAS DE LOS PLANETAS Mercurio. Venus. o
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La tierra. Marte. Júpiter. Saturno. Urano. Neptuno. Plutón. LEYES DE KEPLER Primera ley. Segunda ley. Tercera ley. LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL DE NEWTON BIBLIOGRAFIAS
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INTRODUCCION El fin de presentar este trabajo es poder que el lector profundice mas sobre el tema de la mecĂĄnica celeste, y mas que todo entienda los temas que se presentan establecidos. Para que tambiĂŠn puede entender sobre hechos espectaculares como lo son los eclipses, los cambios de estaciones, y sepa porque se producen estos hechos.
HISTORIA DE LA ASTRONOMIA: La historia de la Astronomía es sin duda una de las más apasionantes de la humanidad. Con grandes avances, estancamientos y retrocesos, han participado en ella los más grandes científicos de todas las épocas, reflejando sus propias inquietudes y las de su sociedad en sus propuestas. Al fin y al cabo, la Astronomía busca entender el Universo, el lugar en el que habitamos los seres humanos. o
ASTRONOMOS IMPORTANTES:
Kepler, Johannes ;(1571-1630), astrónomo y filósofo alemán, famoso por formular y verificar las tres leyes del movimiento planetario conocidas como leyes de Kepler Aristarco de Samos (310-230 a.C.), astrónomo griego, el primero en afirmar que la Tierra gira alrededor del Sol Tolomeo, Claudio (c. 100-c. 170), astrónomo y matemático cuyas teorías y explicaciones astronómicas dominaron el pensamiento científico hasta el siglo XVI También se reconocen sus aportaciones en matemáticas, óptica y geografía. Galileo (Galileo Galilei): (1564-1642), físico y astrónomo italiano que, junto con el astrónomo alemán Johannes Kepler, comenzó la revolución científica que culminó con la obra del físico inglés Isaac Newton. Bruno, Giordano: (c. 1548-1600), filósofo y poeta renacentista italiano cuya dramática muerte dio un especial significado a su obra. Había nacido Bruno en Nola, cerca de Nápoles. Herschel, William :(1738-1822), astrónomo alemán nacionalizado británico, hizo numerosas e importantes aportaciones en el campo de la astronomía. Lowell, Percival :(1855-1916), astrónomo estadounidense que realizó observaciones significativas de los planetas.
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SISTEMA GEOCENTRICO Y HELIOCENTRICO
El modelo GEOCÉNTRICO que se suponía que el Sol, la Luna, los planetas y hasta la bóveda celeste (las estrellas) eran una especie de esferas concéntricas que giraban y exactamente en medio de todo esto, fija, estaría la Tierra. Es decir, en corto: "el Universo entero gira alrededor de la Tierra".
El modelo HELIOCÉNTRICO que se suponía casi lo mismo, con una notoria diferencia: el que estaba fijo en medio de todo esto era el Sol y la Tierra, en su propia esfera, también rotaba sobre sí misma. Es decir, en corto: "el Universo entero gira alrededor del Sol".
ESTACIONES Las estaciones son los periodos del año en los que las condiciones climáticas imperantes se mantienen, en una determinada región, dentro de un cierto rango. Estos periodos duran aproximadamente 3 meses y se denominan: 1. Primavera. 2. Verano. 3. Otoño. 4. Invierno. Equinoccio de Primavera: 21 de Marzo Solsticio de Verano: 22 de Junio Equinoccio de Otoño: 22 de Septiembre Solsticio de Invierno: 21 de Diciembre
PORQUE SE DAN LAS ESTACIONES? La sucesión de las estaciones no se debe a que en su movimiento elíptico la Tierra se aleje y acerque al Sol. Esto tiene un efecto prácticamente imperceptible. Cómo funcionan las estaciones del año. La causa es la inclinación del eje de giro del globo terrestre. Este eje se halla siempre orientado en la misma dirección (salvo fenómeno de la precesión) y por tanto los hemisferios boreal y austral son desigualmente iluminados por el sol. Cada seis meses la situación se invierte. Si el eje de la Tierra no estuviese inclinado respecto a la Eclíptica, el Sol se hallaría todo el año sobre el ecuador; culminaría todos los días del año a la misma altura sobre el horizonte, que sería igual a la misma latitud N y S, y tanto menor cuanto mayor fuese la latitud h=90-lat. o
oPOCISION TIERRA-SOL PARA CADA ESTACION:
CARACTERISTICAS DE CADA ESTACION: El año tiene cuatro estaciones que son: Primavera, Verano, Otoño e Invierno. o
La Primavera comienza el 21 de Marzo y acaba el 20 de Junio. Los días comienzan a ser más largos y las temperaturas se suavizan; hay lluvias abundantes; los animales despiertan de sus letargos invernales y comienzan a prepararse para la procreación; las aves que habían emigrado en otoño, regresan a sus nidos, y las plantas echan sus primeras hojas, flores y frutos.
El Verano comienza el 21 de Junio y acaba el 20 de Septiembre. Los días son muy largos y las noches cortas; las precipitaciones son en forma de tormenta y las temperaturas son elevadas. Los animales atienden a sus crías y las plantas están llenas de hojas y frutos.
El Otoño comienza el 21 de Septiembre y acaba el 20 de Diciembre. Los días empiezan a ser más cortos, las temperaturas bajan y llueve mucho. Los animales empiezan a prepararse para el frío o emigran; las plantas pierden sus hojas y aparecen las setas.
El Invierno comienza el 21 de Diciembre y acaba el 20 de Marzo. Los dĂas son muy cortos y las noches muy largas; las temperaturas muy frĂas y las precipitaciones en forma de nieve. Los animales y las plantas tienen poca actividad. En Invierno celebramos la Navidad.
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SOLSTILICIOS Y EQUINOCCIOS:
El solsticio de verano (22 de junio) es el día más largo del año (en el hemisferio norte). Al mediodía el sol alcanza el punto más alto del cielo durante el año. La insolación es máxima. El solsticio de invierno (21 de diciembre) es el día más corto del año (en el hemisferio norte). Al mediodía el sol alcanza el punto más bajo del cielo durante el año. La insolación es mínima. En los solsticios el sol cae verticalmente sobre el trópico de Cáncer (solsticio de verano en el hemisferio norte) o sobre el trópico de Capricornio (solsticio de invierno en el hemisferio norte). Trópico de Cáncer, es un paralelo del hemisferio norte separado del ecuador 23º 27'. Trópico de Capricornio, es un paralelo simétrico al paralelo de Cáncer en el hemisferio sur, por tanto también separado del ecuador a 23º27‘ Todas las fechas son sólo aproximadas. En las dos posiciones de solsticio, la declinación del sol se mantiene durante varios días casi sin moverse; de ahí el nombre de solsticio, que significa en latín Sol quieto. El Equinoccio es la época en que, por hallarse el Sol sobre el Ecuador, los días son iguales a las noches en toda la Tierra, lo cual sucede anualmente del 20 al 21 de marzo equinoccio de primavera y del 22 al 23 de septiembre equinoccio de otoño.
FACES DE LA LUNA PORQUE SE DAN? Las fases de la luna son las diferentes iluminaciones que presenta nuestro satélite en el curso de un mes. La órbita de la tierra forma un ángulo de 5º con la órbita de la luna, de manera que cuando la luna se encuentra entre el sol y la tierra, uno de sus hemisferios, el que nosotros vemos, queda en la zona oscura, y por lo tanto, queda invisible a nuestra vista: a esto le llamamos luna nueva o novilunio. A medida que la luna sigue su movimiento de traslación, va creciendo la superficie iluminada visible desde la tierra, hasta que una semana más tarde llega a mostrarnos la mitad de su hemisferio iluminado; es el llamado cuarto creciente. Una semana más tarde percibimos todo el hemisferio iluminado: es la llamada luna llena o plenilunio. A la semana siguiente, la superficie iluminada empieza a decrecer o menguar, hasta llegar a la mitad: es el cuarto menguante. Al final de la cuarta semana llega a su posición inicial y desaparece completamente de nuestra vista, para recomenzar un nuevo ciclo. o
POSICION TIERRA-LUNA-SOL PARA CADA FASE. La Luna es uno de los cuerpos más grandes del sistema Solar. Su órbita es casi circular (excentricidad ε=0.05) y el plano de su órbita está inclinado 5º respecto del plano de la órbita de la Tierra. La distancia media entre el centro de la Tierra y la Luna es de 384 400 km. Su periodo de rotación alrededor de la Tierra es de 27.322 días. El cambio de la posición de la Luna con respecto del Sol da lugar a las fases de la Luna. La Luna siempre presenta la misma cara al observador terrestre, debido al efecto de las fuerzas de marea que ejerce la Tierra sobre la Luna. Lo cual significa, que coincide el periodo de rotación de la Luna alrededor de su eje y el tiempo que tarda en completar una órbita alrededor de la Tierra. o
CARACTERISTICAS DE CADA FASE. LUNA NUEVA Cuando la Luna se encuentra entre la Tierra y el Sol, nos muestra su cara no iluminada inmersa en la brillante luz del Sol, por lo que no la vemos. Es la fase de LUNA NUEVA o novilunio. Cuando la posición de la Luna es cercana a la línea que une la Tierra y el Sol, vemos como la posición aparente en el cielo de la Luna y el Sol, son muy próximas entre sí. Por esto, aproximadamente desde dos días antes del novilunio, y hasta dos días después de dicha fase, la Luna no es visible. Si pudiéramos verla mostraría el aspecto del dibujo de la izquierda. o
CUARTO CRECIENTE A medida que la Luna se separa angularmente del Sol hacia el este, deja ver un estrecho gajo iluminado, que día a día, va aumentando de tamaño. Durante estos días, es posible observar la parte no iluminada del disco lunar. Este fenómeno se denomina luz cenicienta y se debe a la reflexión de la luz solar por parte de la Tierra, iluminando la superficie lunar de manera similar a como lo hace la Luna con la superficie terrestre. Una semana después de Luna Nueva, se produce la fase de cuarto creciente. La Luna es visible por la tarde y durante la primera mitad de la noche.
LUNA LLENA Poco a poco, la fracción del disco lunar aumenta, y una semana después del Cuarto Creciente, cuando la Luna se encuentra en la zona diametralmente opuesta a la que ocupa el Sol se produce la fase de luna llena o plenilunio. La cara visible de la Luna se nos presenta totalmente iluminada alcanzando un brillo muy elevado, acompañándonos durante la totalidad de la noche.
CUARTO MENGUANTE Durante los siguientes< días, la fracción iluminada del disco disminuye. Una semana después de la fase de Luna Llena, nos encontramos en la fase de cuarto menguante. La Luna sale sobre el horizonte ya de madrugada, permaneciendo visible en el cielo matutino. Una semana después volvemos a la fase de Luna nueva, repitiéndose el ciclo.
ECLIPSES Uno de los fenómenos astronómicos más espectaculares son los eclipses, esto es, el oscurecimiento del Sol o la Luna durante un corto intervalo de tiempo. En particular son especialmente interesantes los eclipses de Sol, ya que a pleno día el Sol desaparece y se hace la noche. Una condición indispensable para que tenga lugar un eclipse de Sol es que este astro, junto con la Luna y la Tierra (en ese orden), se encuentren ubicados en una misma línea del espacio; en esas condiciones la sombra de la Luna se proyectará sobre una limitada región de la superficie terrestre centrada en esa línea.
ECLIPSE DE LUNA:
ECLIPSE DE SOL:
PORQUE SE DAN LOS ECLIPSES? Hay dos tipos de eclipses, de sol y de luna. El eclipse de luna se produce porque la tierra se interpone entre el sol y la luna. La tierra hace sombra a la luna, ésta parece que disminuya de tamaño y desparece. El eclipse de sol se produce porque la luna se interpone entre la tierra y el sol, produciendo una sombra sobre la tierra. Todo se oscurece y parece que el sol disminuya de tamaño, como si fuera una luna nueva…Durante un eclipse total el sol desaparece durante un tiempo, se hace de noche y se produce una bajada de la temperatura. o
ECLIPSE DE SOL: Cuando esto sucede no siempre ocurre este fenómeno porque la órbita lunar tiene una inclinación de unos 5 grados respecto a la Eclíptica y la mayoría de los meses nuestro satélite pasa muy cerca del disco solar sin llegar a ocultarlo. Los eclipses solares pueden ser totales, parciales o anulares, según la proporción del Sol cubierta por el disco lunar. Es una casualidad que el tamaño relativo de la Luna y del Sol sean aproximadamente el mismo. El Sol es 400 veces más grande que la Luna, pero resulta que ésta, está 400 veces más cerca de la Tierra que nuestra estrella. Como nuestro planeta rota y la Luna se mueve, la sombra lunar traza un camino curvo sobre nuestro planeta. Un eclipse total de Sol se desarrolla en cuatro etapas; el primer contacto, el segundo contacto (principio de la totalidad), el tercer contacto (fin de la totalidad) y cuarto contacto. o
ECLIPSE DE LUNA: Un eclipse de Luna se produce cuando en un día de Luna Llena, ésta entra en la sombra que produce la Tierra. Como sólo podemos ver la Luna cuando está iluminada por el Sol, veremos que se oscurece gradualmente a medida que va entrando en la sombra. En la sombra que produce la Tierra se pueden distinguir dos partes. La umbra que es la región de sombra total, y la penumbra, mucho más atenuada. Si la Luna entra por completo en la umbra se produce un eclipse total de Luna, por el contrario si se adentra en la penumbra se producirá un eclipse penumbrall de Luna; mientras que si llega a adentrase parcialmente en la zona umbral, se produce un eclipse parcial de Luna.
INGRAVIDEZ QUE ES INGRAVIDEZ? Se define ingravidez como el estado en el que un cuerpo tiene peso nulo. El motivo por el cual el peso se hace nulo es que la fuerza gravitatoria sea contrarrestada por la fuerza centrífuga (en un sistema de referencia solidario con el cuerpo) o por alguna fuerza de igual intensidad que el peso, pero que actúe en la dirección opuesta. La ingravidez es la experiencia (de personas y objetos) durante la caída libre. Esta condición se llama también micro gravedad. Ésta se experimenta comúnmente en las naves espaciales. La ingravidez representa una fuerza g cero, o peso aparente cero.
GRAFICO DEL SISTEMA SOLAR
CARACTERIZACION DE LOS PLANETAS MERCURIO: Es el planeta más cercano al Sol y el segundo más pequeño del Sistema Solar. Mercurio es menor que la Tierra, pero más grande que la Luna. La presencia de campo magnético indica que Mercurio tiene un núcleo metálico, parcialmente líquido. Su alta densidad, la misma que la de la Tierra, indica que este núcleo ocupa casi la mitad del volumen del planeta.
VENUS: Es el segundo planeta del Sistema Solar y el más semejante a La Tierra por su tamaño, masa, densidad y volumen. Los dos se formaron en la misma época, a partir de la misma nebulosa. La superficie de Venus es relativamente joven, entre 300 y 500 millones de años. Tiene amplísimas llanuras, atravesadas por enormes ríos de lava, y algunas montañas.
LA TIERRA: La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa con oxígeno, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.
MARTE: Es el cuarto planeta del Sistema Solar. Conocido como el planeta rojo por sus tonos rosados, los romanos lo identificaban con la sangre y le pusieron el nombre de su dios de la guerra. Antes de la exploración espacial, se pensaba que podía haber vida en Marte. Las observaciones demuestran que no tiene, aunque podría haberla tenido en el pasado.
JUPITER:
Es el planeta más grande del Sistema Solar, tiene más materia que todos los otros planetas juntos y su volumen es mil veces el de la Tierra. Júpiter tiene un tenue sistema de anillos, invisible desde la Tierra. También tiene 16 satélites. Cuatro de ellos fueron descubiertos por Galileo en 1610. Era la primera vez que alguien observaba el cielo con un telescopio. Júpiter tiene una composición semejante a la del Sol, formada por hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de amoníaco, metano, vapor de agua y otros compuestos.
SATURNO: Saturno es el segundo planeta más grande del Sistema Solar y el único con anillos visibles desde la Tierra. Se ve claramente achatado por los polos a causa de la rápida rotación. La atmósfera es de hidrógeno, con un poco de helio y metano. Es el único planeta que tiene una densidad menor que el agua. Si encontrásemos un océano suficientemente grande, Saturno flotaría. El color amarillento de las nubes tiene bandas de otros colores, como Júpiter, pero no tan marcadas. Cerca del ecuador de Saturno el viento sopla a 500 Km/h.
URANO: Es el séptimo planeta desde el Sol y el tercero más grande del Sistema Solar. Urano es también el primero que se descubrió gracias al telescopio. La atmósfera de Urano está formada por hidrógeno, metano y otros hidrocarburos. El metano absorbe la luz roja, por eso refleja los tonos azules y verdes. Urano está inclinado de manera que el ecuador hace casi ángulo recto, 98 º, con la trayectoria de la órbita. Esto hace que en algunos momentos la parte más caliente, encarada al Sol, sea uno de los polos.
NEPTUNO: Es el planeta más exterior de los gigantes gaseosos y el primero que fue descubierto gracias a predicciones matemáticas. Neptuno tiene un sistema de cuatro anillos estrechos, delgados y muy tenues, difíciles de distingir con los telescopios terrestres. Se han formado a partir de partículas de polvo, arrancadas de las lunas interiores por los impactos de meteoritos pequeños.
PLUTON: Es el planeta más pequeño y el que se aleja más del Sol. Se descubrió en 1930, pero está tan lejos que, de momento, tenemos poca información. Es el único que todavía no ha sido visitado por una nave terrestre. Plutón tiene un satélite muy especial: Caronte. Mide 1.172 Km. de diámetro y está a menos de 20.000 Km. del planeta. Con el tiempo, la gravedad ha frenado sus rotaciones y ahora se presentan siempre la misma cara.
LEYES DE KEPLER PRIMERA LEY: Los planetas describen órbitas elípticas estando el Sol en uno de sus focos. r1 es la distancia más cercana al foco (cuando q=0) y r2 es la distancia más alejada del foco (cuando q=p).
Una elipse es una figura geométrica que tiene las siguientes características:
Semieje mayor a=(r2+r1)/2
Semieje menor b Semidistancia focal c=(r2-r1)/2
La relación entre los semiejes es a2=b2+c2 La excentricidad se define como el cociente e=c/a=(r2-r1)/(r2+r1)
SEGUNDA LEY: El vector posición de cualquier planeta respecto del Sol, barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales. La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular L es el producto de la masa del planeta, por su velocidad y por su distancia al centro del Sol. L=mr1·v1=mr2·v2
TERCERA LEY: Los cuadrados de los periodos P de revolución son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores a de la elipse. P2=k·a3 Como podemos apreciar, el periodo de los planetas depende solamente del eje mayor de la elipse. Los tres planetas de la animación tienen el mismo eje mayor 2a=6 unidades, por tanto, tienen el mismo periodo. El cuadrado del período de revolución de cada planeta es proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol. La tercera ley permite deducir que los planetas más lejanos al Sol orbitan a menor velocidad que los cercanos; dice que el período de revolución depende de la distancia al Sol. Pero esto sólo es válido si la masa de cada uno de los planetas es despreciable en comparación al Sol. Si se quisiera calcular el período de revolución de astros de otro sistema planetario, se debería aplicar otra expresión comúnmente denominada tercera ley de Kepler generalizada.
LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL DE NEWTON Todo objeto en el universo que posea masa ejerce una atracción gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, aún si están separados por una gran distancia. Según explica esta ley, mientras más masa posean los objetos, mayor será la fuerza de atracción, y además, mientras más cerca se encuentren entre sí, mayor será esa fuerza también, según una ley de la inversa del cuadrado. Considerando dos cuerpos cuya extensión (tamaño) sea pequeña comparada con la distancia que los separa, podemos resumir lo anterior en una ecuación o ley diciendo que la fuerza que ejerce un objeto con masa m1 sobre otro con masa m2 es directamente proporcional al producto de ambas masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, es decir:
Donde m1 y m2 son las masas de los dos cuerpos es la distancia que separa sus centros de gravedad y es la constante de gravitación universal
BIBLIOGRAFIAS http://www.planetmad.es/saber/luna.html http://www.google.com.co/#hl=es&source=hp&q=jupiter&aq=0&aqi=g10&aql=&oq=jupi&gs_rfai=&fp =7e36979f8bbb646f http://www.google.com.co/#hl=es&q=neptuno&aq=0&aqi=g10&aql=&oq=nep&gs_rfai=&fp=7e36979f 8bbb646f http://www.google.com.co/images? hl=es&q=graficos+del+sistema+solar&rlz=1R2MOOI_esCO389&um=1&ie=UTF8&source=univ&ei=tbBtTLaTLcGqlAfay7yDw&sa=X&oi=image_result_group&ct=title&resnum=4&ved=0CCwQsAQwAw&biw=1345&bih= 523 http://ingravidez.hollosite.com/