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GUIA DE FISICA
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Teoría geocéntrica
Uno de los precursores fue Aristóteles filósofo y científico griego, que postuló que
todos los astros giran en torno a la Tierra, en esferas concéntricas, basado en las ideas
de Aristóteles y otros astrónomos, Claudio Ptolomeo publicó un libro Almagesto, en el que
planteó la idea de que la Tierra está en reposo en el centro del Universo, y que la
Luna, el Sol, los planetas conocidos entonces, y todas las estrellas,giran alrededor de ella
describiendo órbitas circulares, al interior de esferas. Los pueblos de la antigüedad ya
asociaban los cambios de posición del Sol con la sucesión de las estaciones, y crearon
diferentes calendarios: el babilónico, de 354 días; el egipcio y el mexica, de 365 días; el
inca, de 360 días y el romano, de 365,25 días. ¿Cuál de estos calendarios utilizamos
actualmente?
Teoría heliocéntrica
El primero en proponer un modelo heliocéntrico del Universo, realizando
deducciones a través de métodos matemáticos, fue Aristarco de Samos
pero sus ideas no prevalecieron. Más tarde, durante el Renacimiento, época de auge de
las artes y la ciencia, el astrónomo polaco Nicolás Copérnico planteó la idea de que el Sol
se encuentra inmóvil en el centro del Universo, y que la Tierra y demás
cuerpos celestes giran a su alrededor, lo que explicaba el movimiento irregular de
los planetas en el firmamento. Si bien esta teoría fue desarrollada en los primeros
años del siglo XVI, fue divulgada años más tarde, debido a que Copérnico dudó
en publicar sus ideas por temor a la comunidad científica y religiosa, que castigaba
cualquier postulado que no coincidiera con el pensamiento religioso de la época.
Con el paso de los años y la evolución del pensamiento del ser humano, se
fueron creando nuevas tecnologías que permitieron investigar y dar respuesta a las
interrogantes acerca del Universo. Es así como nació la astronomía, ciencia que se
ocupa del estudio de las estructuras cósmicas o cuerpos celestes (estrellas,
planetas y satélites naturales, entre otros), sus movimientos, los fenómenos ligados
a ellos, su registro y su origen. Al comienzo, esta ciencia se basaba solo en la percepción
visual.
Uno de los inventos que amplió la capacidad de observación del Universo fue el
telescopio, instrumento creado por Hans Lippershey en 1608 y utilizado por Galileo Galilei
en 1609, quien gracias a su uso observó por primera vez cuatro satélites naturales de
Júpiter. Actualmente, y gracias a la evolución de los telescopios, se dispone de
tecnologías mucho más avanzadas, como los radiotelescopios, las sondas espaciales, los
satélites artificiales y los transbordadores espaciales, entre otros, lo que ha permitido
obtener mayor información del Universo (su origen, detección de planetas, investigación
de agujeros negros, estudiar nuestro Sol, etc.).
En el norte de Chile, gracias a las excelentes condiciones de visibilidad del cielo nocturno,
se han instalado una serie de observatorios astronómicos. Se espera que para el año
2018 entre en operaciones en Chile, el telescopio mas grande del mundo, el E-ELT
(European Extremely Large Telescope). Este telescopio estará ubicado en la parte
central del desierto de Atacama, específicamente en el cerro Armazones.
Estas páginas web te ayudarán a obtener más información:
http://es.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei
http://www.astromia.com/glosario/heliocentrica.htm
http://www.astronomos.cl/conocimientos/general/1/1-4-2.php
¿Cómo se originó el Universo?
En 1927, y basándose en los aportes de Einstein y Hubble al estudio del Universo,
el astrónomo George Lemaitre planteó la idea de que si el Universo se
encuentra en expansión, en el pasado tuvo que haber sido más pequeño. Esto lo
llevó a formular la teoría de la gran explosión, que postula que el Universo se
originó a partir de la explosión de un “átomo” primigenio. George Gamow apoyó
la teoría de Lemaitre, pero al “átomo” primigenio lo llamó singularidad. Esta
teoría se conoce como Big Bang, nombre que irónicamente le dio el astrónomo
Fred Hoyle, quien no estaba de acuerdo con ella. La teoría del Big Bang establece que, al
comienzo, todo lo que sería el Universo se encontraba concentrado en una zona,
infinitamente pequeña, en la que no existía espacio ni tiempo. Se estima que hace
aproximadamente 15.000 millones de años, esta zona extraordinariamente pequeña
explotó, originando un evento cósmico de magnitudes inimaginables, en el que las
temperaturas generadas y la velocidad de expansión escapan a toda escala de medición,
y donde todo el Universo experimentó transformaciones a medida que transcurría el
tiempo: se hizo menos denso y cambió de composición. De acuerdo a esta teoría, breves
momentos después de la explosión se formaron partículas de materia. Se
estima que la temperatura del Universo era tan alta, que la materia se encontraba en
estado de plasma, constituida principalmente por núcleos atómicos, formados
mayoritariamente por protones; y donde los electrones se encuentran separados de los
núcleos. Durante la expansión del Universo, la temperatura fue descendiendo; se
generaron los primeros elementos, luego la formación de estrellas, cuásares, galaxias y,
hace unos 4.500 millones de años, nuestro Sistema Solar.
2. ¿QUÉ HAY EN EL UNIVERSO?
A continuación describiremos las principales estructuras cósmicas, cuyas
características conocemos gracias a la astronomía y a los instrumentos que han
permitido su estudio.
ESTRELLAS: Son masas de plasma, compuestas principalmente por hidrógeno y helio.
En su interior continuamente se producen reacciones que liberan gran cantidad de
energía, la que emiten al exterior en forma de luz y calor. La mayoría de las
estrellas las vemos durante la noche como puntos luminosos parpadeantes,
debido a que se encuentran a enormes distancias de nuestro planeta. Una
excepción es el Sol, al que vemos durante el día. Las principales propiedades de las
estrellas son:
Brillo: cantidad de luz que recibimos, depende de la luminosidad y de la distancia a la que
se encuentra la estrella de nuestro planeta.
Color: relacionada con la temperatura de la estrella, la que puede oscilar entre los 25.000
y los 3.500 ºC. En orden descendente de temperatura, las estrellas pueden ser azules,
blancas, amarillas, anaranjadas y rojas. El Sol es una estrella amarilla.
Tamaño: según esta característica, y en comparación con el tamaño del Sol (diámetro:
1.390.000 km), las estrellas se agrupan en:
NEBULOSAS: Son gigantescas agrupaciones de polvo y gas, que no emiten luz
Propia, absorben y reflejan la luz emitida por las estrellas cercanas. Algunas nebulosas se
formaron por la explosión de estrellas brillantes, llamadas novas, y otras corresponden a
restos del material que dio origen a las estrellas.
GALAXIAS: Son enormes agrupaciones de estrellas, polvo, gases, agujeros negros,
nebulosas, planetas, asteroides, cometas, etc. que se encuentran agrupados por la
fuerza gravitacional. En 1926, Edwin Hubble, basándose en la forma y composición de las
galaxias, las clasificó como se muestra a continuación
La concepción actual del Universo indica que este se encuentra expandiéndose
en todas direcciones. Según Hubble, mientras más lejana está una galaxia de la
Tierra, vemos que esta se aleja con mayor velocidad. Esta relación se conoce como
ley de Hubble, que establece que las galaxias se alejan de nuestro planeta con una
velocidad proporcional a la distancia a la que se encuentran de él.
Las galaxias tienden a formar grupos. Varios grupos forman un cúmulo, y la
agrupación de cúmulos constituyen un supercúmulo.
PLANETAS: Son cuerpos celestes que no emiten luz propia y giran alrededor de una
estrella en un movimiento (traslación) y mientras más alejado se encuentra un
planeta de la estrella, más tiempo demora en dar una vuelta completa a su alrededor.
SATÉLITES NATURALES: Son cuerpos celestes que no emiten luz propia. Los satélites
naturales giran alrededor de un planeta de mayor masa, acompañándolo en su
movimiento de traslación.
COMETAS: Son pequeños astros rocosos que describen órbitas elípticas, muy alargadas,
alrededor de una estrella. Generalmente, están formados por un núcleo
central, en torno al cual hay una esfera gaseosa que corresponde a la cabellera o corona,
y una larga prolongación de esta, denominada cola. Diversos estudios científicos han
demostrado que el núcleo de los cometas está formado por una mezcla de metano, hielo
y amoníaco, la que se evapora cuando el cometa se acerca a la estrella, formando
la cola de este. Así, mientras más cerca esté el cometa de la estrella, más larga
será su cola. El tiempo que demoran los cometas en dar una vuelta alrededor de una
estrella se denomina período, el que puede oscilar entre unos pocos y hasta
miles de años.
ASTEROIDES: Son astros rocosos, más pequeños que los planetas, que también
giran alrededor de una estrella. Presentan diversas formas; algunos son esféricos y
otros son irregulares.
METEORITOS: Son fragmentos de materia sólida, mucho más pequeños que los
asteroides, y también giran alrededor de una estrella. Por efecto de la atracción
gravitatoria de los planetas, pueden caer sobre su superficie. En el caso de los que
caen en la Tierra, al atravesar la atmósfera muchos se desintegran originando el
fenómeno que nosotros llamamos estrellas fugaces.
Se estima que el cometa Halley, cuyo último avistamiento fue en 1986, se verá nuevamente
desde la Tierra en el año 2062. Entonces, ¿cuánto tiempo demora, aproximadamente, en dar
una vuelta alrededor de su estrella, el Sol?
3. NUESTRA GALAXIA, LA VÍA LÁCTEA
La Vía Láctea recibe ese nombre, porque se asemeja a una mancha luminosa de
aspecto lechoso. Está formada por alrededor de 100.000 millones de estrellas,
una de las cuales es el Sol. Tras una serie de estudios con telescopios ópticos y
radiotelescopios, se determinó que la Vía Láctea es de tipo espiral. En su centro se
agrupa la mayoría de las estrellas, formando un núcleo casi esférico, a partir del cual
emergen brazos conformados por estrellas. Nuestro Sistema Solar se encuentra en uno
de estos brazos, denominado Brazo de Orión, cerca de la zona exterior de la
galaxia.
El Sistema Solar
Nuestro Sistema Solar corresponde a un conjunto de cuerpos celestes que se
extienden, en todas direcciones, hasta unos seis mil millones de kilómetros desde
el Sol. Está formado por una estrella, ocho planetas conocidos, planetas enanos,
satélites naturales, asteroides, cometas y meteoritos; además de gas y polvo
cósmico en grandes cantidades. La teoría más aceptada en la actualidad sobre el
origen del Sistema Solar, postula que el Sol y los planetas se formaron al mismo
tiempo, a partir de una única nube de gas y polvo. A esta explicación se le
conoce como hipótesis nebular, y se basa en las ideas del filósofo alemán
Immanuel Kant, y de Pierre Simon Laplace, astrónomo, físico y matemático.
En las páginas http://es.wikipedia.org/wiki/(134340)_Plutón y
http://www.educar.org/SistemaSolar/pluton.asp, podrás averiguar por qué
Plutón ya no se considera un planeta del Sistema Solar, sino que un
planeta enano.
El Sol
Es una estrella constituida por plasma. La energía que produce el Sol es enorme, y es la
fuente de luz y calor para nuestro planeta. El Sol, que se habría formado hace unos
4.650 millones de años, contiene más del 99% de la materia constituyente del Sistema
Solar, ejerciendo una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas, la que los hace girar
a su alrededor. Durante varios siglos, el Sol fue considerado un astro inmóvil. Sin
embargo, gracias a los avances tecnológicos que han permitido su estudio,
actualmente sabemos que presenta movimientos de rotación (rota sobre sí mismo) y de
traslación (se mueve alrededor del centro de la galaxia).
Planetas del Sistema Solar
El Sistema Solar está constituido por ocho planetas conocidos que, desde el más
cercano al más lejano al Sol, son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno,
Urano y Neptuno. Según su tamaño y composición, se clasifican en planetas
interiores y planetas exteriores.
PLANETAS INTERIORES: Son pequeños y rocosos. Los planetas interiores son:
MERCURIO: Es el planeta más pequeño y el que se encuentra más cerca del Sol.
No posee atmósfera y su superficie presenta numerosos cráteres, producto del
impacto de meteoritos.
VENUS: Posee una atmósfera ácida, compuesta por dióxido de carbono y
dióxido de azufre. Presenta ríos de lava que atraviesan extensas llanuras, la cual
proviene de los numerosos volcanes que presenta. En su superficie también hay
cráteres producidos por el choque de grandes meteoritos.
TIERRA: Posee una atmósfera rica en oxígeno, gas fundamental para la
sobrevivencia de la mayoría de los seres vivos que lo habitan. Se le llama el
“planeta azul”, debido a su color. Los responsables de estas tonalidades son los océanos
y los gases de la atmósfera. De los planetas conocidos, se sabe que la Tierra es el único
que posee las condiciones para el desarrollo y mantenimiento de la vida.
MARTE: Presenta una tenue atmósfera, compuesta principalmente de dióxido de
carbono, y pequeños casquetes de hielo en sus polos. Recientes estudios
suponen que en este planeta existió agua líquida.
PLANETAS EXTERIORES: Son de mayor tamaño que los planetas interiores, y están
formados por gas. Los planetas exteriores son:
JÚPITER: Es un planeta gaseoso y el más grande del Sistema Solar. Presenta una
atmósfera en bandas, compuesta por hidrógeno, helio, amoníaco y metano,
entre otras sustancias. Presenta tenues anillos a su alrededor, los que están
formados por partículas de polvo que son lanzadas al espacio cuando los
meteoritos chocan con sus satélites naturales.
SATURNO: Este planeta gaseoso es el segundo más grande del Sistema Solar, y se
caracteriza por los anillos que lo rodean. Posee una atmósfera compuesta de
hidrógeno, helio y metano.
URANO: Es un planeta gaseoso y, al igual que Júpiter, presenta tenues anillos a su
alrededor. Su atmósfera está compuesta de helio, hidrógeno, metano y otros
hidrocarburos. El metano absorbe la luz roja, haciendo que Urano se vea de
tonos verdes y azules.
NEPTUNO: Es el planeta más distante del Sol. Su atmósfera, que está compuesta
de metano, amoníaco, hidrógeno y helio, alcanza temperaturas cercanas a los
260 ºC bajo cero, por lo que presenta nubes de metano congelado. Neptuno
también está rodeado por tenues anillos.
Satélites naturales en el Sistema Solar
Los planetas del Sistema Solar presentan un número variable de satélites
naturales; también hay algunos que carecen de ellos como muestra la tabla:
LA LUNA: NUESTRO SATÉLITE NATURAL
La Luna, que gira alrededor de la Tierra, es su único satélite natural. Al igual que todos los
satélites naturales, es un astro opaco. La Luna refleja la luz proveniente del Sol. Sin
embargo, esta iluminación no es siempre la misma, lo que se debe al movimiento de
traslación de la Luna alrededor de nuestro planeta. Las fases de la luna corresponden a
las diferentes iluminaciones que presenta nuestro satélite natural durante un mes,
aproximadamente, y son: luna nueva, cuarto creciente, luna llena y cuarto
menguante. Averigua cómo se origina cada una de ellas y dibújalas en tu cuaderno.
4. DISTANCIAS EN EL UNIVERSO
Para medir distancias en el Universo, los científicos han establecido otras
unidades de medida, como el año luz y la unidad astronómica, entre otras.
El año luz
Corresponde a la distancia que recorre la luz en un año, a una velocidad de
300.000 km/s. Para que entiendas cómo se obtiene el valor de un año luz, te
invitamos a analizar los siguientes cálculos:
Primero, se calcula la cantidad total de segundos que hay en un año:
Días de un año
Horas de un día
Segundos de una hora
365 x
24 x
3.600
Esto da como resultado: 31.536.000 segundos en un año.
Luego, para saber a cuánto equivale un año luz, se multiplica el resultado
anterior por el valor de la velocidad de la luz:
1 año luz = 31.536.000 s x 300.000 km/s
Entonces, 1 año luz equivale a, aproximadamente: 9.460.800.000.000 km.
La unidad astronómica (UA)
En su movimiento de traslación, la Tierra no siempre se encuentra a la misma
distancia del Sol; a la distancia promedio (distancia media) entre estas dos
estructuras cósmicas se le conoce como unidad astronómica. Su valor aproximado
es de 149.600.000 km. La unidad astronómica se utiliza, principalmente, para
señalar distancias entre los componentes del Sistema Solar.
El parsec es otra unidad de medida astronómica. Un parsec equivale a
30,86 billones de kilómetros, a 3,26 años luz, y a 206.265 unidades
astronómicas.
Notación científica
Al analizar cómo se obtiene el valor de un año luz, seguramente notaste que las
cifras resultantes son enormes. Para expresar de manera abreviada estos valores,
se utiliza la notación científica. La notación científica expresa un valor, muy grande
o muy pequeño, como el producto de un número entre 1 y 10, multiplicado por
una potencia de base 10.
¿Cómo se determinan las distancias espaciales?
En la Tierra, para medir distancias podemos usar instrumentos como la regla o el
metro. Pero ¿cómo se miden las distancias espaciales?, ¿qué instrumentos se
utilizan para estimarlas?, ¿qué cálculos se realizan? Los astrónomos y astrónomas, a
través de diversos estudios, llegaron a la conclusión de que los rayos de luz son el mejor
“instrumento” para medir distancias, y su ventaja radica en que tienen una velocidad
constante. La luz se mueve con una velocidad constante que corresponde a 300.000
kilómetros por segundo. Para calcular una distancia astronómica, se debe medir el tiempo
que demora un rayo de luz en llegar a un punto determinado desde la estructura cósmica
en estudio, lo que se estima mediante cálculos físicos y matemáticos. Para entender este
procedimiento, analiza el siguiente ejemplo:
“Un astrónomo quería determinar la distancia entre la Tierra y el Sol. Para ello, averiguó el
tiempo que un rayo de luz demora en llegar desde el Sol a la Tierra, el cual corresponde a
8 minutos y 19 segundos. Esto corresponde a 499 segundos y multiplicado por la
velocidad de la luz obtuvo el siguiente resultado:
499 s x 300.000 km/s = 149.700.000 km (distancia Tierra-Sol)
Es importante señalar que la luz tarda menos tiempo en llegar a las estructuras cósmicas
que están más cerca de la Tierra, en relación a las que están más lejos.
Si la distancia entre la Tierra y la Luna es de 384.000 km, ¿cuánto demora un rayo de luz en
ir y volver desde nuestro planeta hasta ella?
PRUEBA
1. Lee atentamente las siguientes afirmaciones, y MARCA con una V si son
verdaderas o una F falsas. Justifica las que consideres falsas.
a. __El Universo corresponde a toda la materia, energía y espacio existentes.
________________________________________________________________________
b.__ Para los babilonios, el Universo era una gran sala, con el firmamento como techo y la
Tierra como piso.
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c. __La teoría geocéntrica fue propuesta por Nicolás Copérnico.
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d. __El primero en plantear la teoría heliocéntrica fue Aristarco de Samos.
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e. __Gracias a la invención del telescopio, Claudio Ptolomeo descubrió que Júpiter poseía
cuatro satélites naturales.
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2. Observa las siguientes imágenes. Indica si corresponden a la teoría geocéntrica
o heliocéntrica, y describe cada una de ellas.
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4. Completa el esquema.
Estructura cósmica
Descripción
Estrella
Nebulosa
Planeta
Satélite natural
Cometa
Asteroide
Meteorito
5. Completa el siguiente esquema
Espirales
Descripción:
Dibujo:
Elípticas
Descripción:
Dibujo:
Irregulares
Descripción:
Dibujo:
6. Completa las siguientes oraciones.
a. El brillo de una estrella depende de ___________y de la distancia _______________
b. Las estrellas presentan colores diferentes, lo que depende de ___________________.
c. Según su tamaño, en orden descendente, las estrellas se clasifican en: __________,
___________, ______________y _____________________
d. Los planetas interiores del Sistema Solar son:
________________________________________________________________________
e. Los planetas exteriores del Sistema Solar son:
________________________________________________________________________
.
f. El Sol presenta movimientos de ____________________y _______________________
g. Las fases de la luna son_____________, _______________, _____________,
___________
h. Los planetas que no poseen satélites naturales son:
________________________________________________________________________
7. Completa el siguiente cuadro con la información de la Vía Láctea
8. A partir de la tabla que muestra los valores de algunas medidas astronómicas,
resuelve.
a. Expresa las medidas astronómicas de la tabla en notación científica.
b. Exprésalas en años luz. Para ello, usando una calculadora, divide la medida elegida
por un año luz expresado en kilómetros. Por ejemplo:
Distancia Tierra-Sol = 144.000.000 = 0,00001522 años luz=9.460.000.000.000
c. ¿A qué planeta del Sistema Solar demora más en ir y volver la luz desde el Sol?
d. ¿A cuál demora menos en ir y volver la luz del Sol?
II. Marque con una X la alternativa correcta, NO SE PERMITEN BORRONES, USO DE
CORRECTOR, NI MARCAR DOS ALTERNATIVAS, responda primero con lápiz mina y luego
traspase a pasta.
1. “La Tierra es el centro del Universo”. ¿A qué teoría corresponde este enunciado?
A. Big Bang.
B. Geocéntrica.
C. Heliocéntrica.
D. Ley de Hubble.
2. ¿Cuál de los siguientes científicos formuló la teoría heliocéntrica?
A. Edwin Hubble.
B. George Gamow.
C. Claudio Ptolomeo.
D. Nicolás Copérnico.
3. ¿Qué es una nebulosa?
A. Una acumulación de estrellas, gas y polvo interestelar.
B. Un grupo de estrellas en un período tardío de evolución.
C. Una estructura compuesta de gas y polvo interestelar, que no emite luz.
D. Es una masa de gases, como el hidrógeno y el helio, que emite luz propia.
4. ¿Cuál de las siguientes es una característica de las galaxias espirales?
A. Su forma es globular y alargada.
B. Tienen forma de un disco achatado.
C. No tienen estructura ni simetría bien definidas.
D. Poseen pocas estrellas jóvenes y gran cantidad de estrellas viejas.
5. ¿Cuál de las siguientes no es una característica de la Vía Láctea?
A. En su centro se encuentra el Sistema Solar.
B. Representa casi el 70% de la masa del Sistema Solar.
C. Una de sus estrellas es el Sol.
D. Es grande y de tipo espiral.
6. ¿Cuál de las siguientes características presenta el Sol?
A. Posee una atmósfera rica en oxígeno.
B. Representa casi el 70% de la masa del Sistema Solar.
C. Es un astro inmóvil.
D. Está compuesto principalmente por hidrógeno y helio.
7. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
A. La Vía Láctea es una galaxia elíptica.
B. Los meteoritos solo giran en torno a los grandes planetas.
C. Los planetas son astros que emiten luz propia.
D. Actualmente, el Sistema Solar presenta nueve planetas.
8. ¿Cuáles de los siguientes planetas son interiores?
A. Marte y Urano.
B. Venus y Marte.
C. Venus y Saturno.
D. Mercurio y Urano.
III. Complete la información solicitada:
IV Responda:
1. ¿Qué postula la ley de Hubble?
_______________________________________________________________________
2. ¿Qué teoría explica el origen del Universo? Descríbela.
________________________________________________________________________
3. ¿Cómo se miden las distancias astronómicas en el Universo? Explica
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