Conceptos Clave de Física y Astronomía: Modelos, Fuerzas y Movimiento

Conceptos Fundamentales de Física y Astronomía

Modelos del Universo

Modelo Geocéntrico

Supone que la Tierra permanece fija en el centro del universo y todos los demás astros giran a su alrededor.

Modelo Heliocéntrico

Sitúa al Sol en el centro del universo. A su alrededor giran la Tierra y todos los planetas, describiendo órbitas circulares. Cada planeta gira con una velocidad diferente.

Movimientos Astronómicos

Traslación

Es el tiempo que tarda un astro en completar su órbita.

Rotación

Es el tiempo que tarda un astro en completar una vuelta alrededor de sí mismo.

Periodos Orbitales Planetarios

Cada planeta tarda distinto tiempo en dar una vuelta alrededor del Sol; por lo tanto, el año de cada planeta tiene un número de días diferente.

Tiempo y Distancia

El Año Bisiesto

¿Por qué existen los años bisiestos? Porque el periodo orbital terrestre es de 365 días y un cuarto. Cada cuatro años se añade un día al calendario para que las estaciones comiencen siempre en las mismas fechas.

El Año Luz: Distancia Astronómica

¿Qué es un año luz? Es la distancia que recorre la luz en un año.

Cálculo de la Distancia de un Año Luz en Kilómetros

Para calcular cuántos kilómetros son 1 año luz, se debe:

1. Convertir 1 año a segundos (aproximadamente 31,536,000 s).
2. Utilizar la fórmula: Espacio = Velocidad × Tiempo.
3. Multiplicar la velocidad de la luz por los 31,536,000 segundos.

Fuerzas Fundamentales

Gravitación

Interacción Gravitatoria: Tierra y Luna

¿Por qué la Luna no cae sobre la Tierra? Porque la Tierra ejerce una fuerza gravitatoria sobre la Luna y la atrae. La Luna no cae porque se está moviendo continuamente alrededor de nuestro planeta; si tuviera una velocidad menor, sí que caería.

Ley de la Gravitación Universal

La fuerza (F) es igual a la constante de gravitación universal (G) multiplicada por el producto de las masas (M y m), dividido por la distancia (d) al cuadrado (d²).

$$F = G \frac{M \cdot m}{d^2}$$

Definición de Peso

¿Qué es el peso? Es la fuerza de atracción gravitatoria que se ejerce sobre un cuerpo.

Fórmula: El peso (P) es igual a la masa (M) multiplicada por la gravedad (g).

$$P = M \cdot g$$

Variación de la Fuerza Gravitatoria Terrestre

¿Dónde es mayor la fuerza (gravitatoria): en el polo, en el ecuador, a nivel del mar o en el Everest? La fuerza es mayor en el polo o a nivel del mar porque la distancia al centro de la Tierra es menor (a menor distancia, mayor fuerza).

Efectos de la Variación de Masa y Distancia en la Fuerza Gravitatoria

Considerando la Ley de Gravitación:

• Si una masa se triplica, la fuerza se triplica.
• Si la distancia pasa a ser el triple, la fuerza sería 9 veces menor (ya que la distancia está elevada al cuadrado: 3² = 9).
• Si la masa se hace el triple y la distancia también se triplica, la fuerza sería la tercera parte (3 / 3² = 1/3).

Electromagnetismo

Métodos de Electrización

¿Cómo se electrizan los cuerpos? Por:

• Frotamiento
• Contacto
• Inducción

Ley de Coulomb

La fuerza (F) es igual a la constante de Coulomb (K) multiplicada por el producto de las cargas (Q y q), dividido por la distancia (d) al cuadrado (d²).

$$F = K \frac{Q \cdot q}{d^2}$$

Comparación entre Fuerza Gravitatoria y Eléctrica

Fuerza Gravitatoria

• Todos los cuerpos tienen masa.
• Siempre es de atracción.
• Actúa a distancia.

Fuerza Eléctrica

• Solo afecta a cuerpos que tienen carga.
• Puede ser de atracción (cargas distintas) o de repulsión (cargas iguales).
• Actúa a distancia.

Magnetismo

La Brújula y el Campo Magnético Terrestre

¿Qué es una brújula y hacia dónde señala? Es una aguja imantada que gira libremente. El polo norte de la brújula es el extremo que apunta al polo norte geográfico.

Definición de Imán

¿Qué es un imán? Es un objeto capaz de atraer a ciertos materiales metálicos.

Estructura Atómica

Concepto de Isótopo

¿Qué es un isótopo? Son átomos que tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones.