De Aristóteles a Newton: Modelos Astronómicos y Fundamentos de la Gravitación Universal

Modelos Históricos del Universo

Modelo de Aristóteles: Geocéntrico

Aristóteles dividió el universo en dos regiones:

1. La Tierra: Contiene los elementos fuego, aire, agua y tierra.
2. Esfera Lunar: La región etérea de los cielos, compuesta por un único elemento: la “quinta esencia” (o éter).

Planteamientos Clave

1. Los movimientos que ocurren alrededor de la Tierra son perfectos: circulares y perpetuos.
2. El límite del universo es la esfera de las estrellas fijas.
3. Todo movimiento necesita una fuerza (F), por lo que los dividió en:
   • Movimientos Naturales: Originados por un “motor” eterno e interno (propio del cuerpo).
   • Movimientos Forzados: Originados por un “motor” externo.

Modelo de Ptolomeo: Geocéntrico

1. Esfera de las estrellas fijas.
2. Excentricidad de las Trayectorias: Desplazamiento del centro de la órbita respecto al centro de la Tierra.
3. El Sol y la Luna presentan movimientos diferentes a los de los planetas.
4. Movimientos Retrógrados: Los planetas presentan movimientos retrógrados, explicados mediante dos rotaciones (epiciclos y deferentes): los planetas rotan alrededor de un punto que, a su vez, rota alrededor de la Tierra.

Modelo de Copérnico: Heliocéntrico

1. El Sol desempeña un papel único en el universo, debido a su mayor tamaño y por proporcionar luz y calor a la Tierra.
2. Situó al Sol en el centro del sistema (Heliocentrismo), explicando el movimiento retrógrado de los planetas y manteniendo el modelo de órbitas circulares.

Leyes de Kepler sobre el Movimiento Planetario

Primera Ley de Kepler: Ley de las Trayectorias

Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual ocupa uno de sus focos.

Segunda Ley de Kepler: Ley de las Áreas

1. El radio vector de un planeta con respecto al Sol recorre áreas iguales en tiempos iguales.
2. La velocidad de los planetas depende de su posición en la órbita: se mueven más rápido cuando están cerca del Sol (perihelio) y más lento cuando están lejos (afelio).

Tercera Ley de Kepler: Ley de los Periodos

Relaciona los tamaños de las órbitas y el tiempo que emplean los planetas en recorrerlas. La ley establece que: “El cuadrado del periodo es proporcional al cubo del semieje mayor o radio medio”.

La Fuerza Gravitacional y sus Efectos

Concepto de Fuerza Gravitacional

Características principales:

1. Es una fuerza de atracción mutua.
2. Representa el peso de un cuerpo.
3. Su cualidad fundamental es la masa, especialmente relevante a nivel planetario.

Ley de Gravitación Universal de Newton

La ley establece que: “La fuerza gravitacional es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.

Efectos Terrestres de la Gravedad

1. Caída de Cuerpos (Galileo): Todos los cuerpos cercanos a la superficie terrestre caen con la misma aceleración (g), independientemente de su masa, debido a la fuerza gravitacional que ejerce la Tierra.
2. Las Mareas (Newton): Las mareas se producen por la fuerza gravitacional que ejercen el Sol y la Luna sobre la Tierra.
   • Mareas Vivas: Ocurren cuando el Sol y la Luna se alinean, resultando en una mayor atracción gravitacional sobre el agua.
   • Mareas Muertas: Ocurren cuando el Sol y la Luna no están alineados (formando un ángulo de 90°), y las fuerzas gravitacionales se contrarrestan parcialmente.

Efectos sobre Estructuras Cósmicas

La Fuerza de Atracción Gravitacional (F.A.G.) es fundamental para la estructura del universo:

1. Sistemas Planetarios: El movimiento de los planetas en torno al Sol es regido por la F.A.G.
2. Cúmulos Estelares: La F.A.G. permite que las estrellas se agrupen y permanezcan unidas.
3. Galaxias: Los cuerpos que forman las galaxias se mantienen unidos por la F.A.G.
4. Agrupaciones de Galaxias: La F.A.G. provoca que las galaxias se atraigan entre sí, formando cúmulos y supercúmulos.