Principios de la Física: Leyes de Kepler, Gravitación Universal y Termodinámica

Leyes de Kepler sobre el Movimiento Planetario

1ª Ley de Kepler o Ley de las Órbitas

“Los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol situado en uno de los focos de la elipse”.

2ª Ley de Kepler o Ley de las Áreas

“El vector de posición que une el Sol con los planetas barre áreas iguales en tiempos iguales, es decir, la velocidad areolar es constante”.

Si A₁ = A₂, entonces T_1-2 = T_3-4. Dado que V_p > V_a, el planeta se mueve más deprisa en el perihelio que en el afelio.

3ª Ley de Kepler o Ley de los Periodos

“El cuadrado del periodo de cualquier planeta es directamente proporcional al cubo del semieje de su órbita (T² = K · R³), donde K no es una constante universal porque depende de la masa de la estrella (es, por tanto, constante para todos los planetas del sistema estelar, pero diferente a la de otros sistemas estelares)”.

Ley de la Gravitación Universal

Para explicar el movimiento de los planetas, Newton enunció en 1687 la Ley de Gravitación Universal: “Los cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”.

Conceptos de Energía, Trabajo y Potencia

Definiciones de Energía

• Energía: Propiedad de los cuerpos que les permite experimentar cambios (de velocidad, de posición, de luminosidad, etc.). Suele medirse en Julios o en calorías. En el S.I., se mide en Julios (J).
• Energía Cinética: Energía debida a la velocidad.
• Energía Potencial: Energía debida a la posición.

Trabajo, Potencia y Teoremas

• Trabajo realizado por una fuerza: El trabajo realizado por una fuerza paralela al desplazamiento es W = F · e, siendo (e) el espacio recorrido y (F) la fuerza aplicada. Se mide en Julios (J).
• Teorema de la Energía Cinética: El trabajo realizado por una fuerza sobre una partícula coincide con la variación de la energía cinética de esa partícula.
• Potencia: Es el trabajo realizado dividido por el tiempo total transcurrido: P = W / t.
• Principio de Conservación de la Energía Mecánica: En ausencia de rozamiento, la energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante. Si hay fuerza de rozamiento, se disipa energía.

Termodinámica y Fenómenos Térmicos

Relación entre las escalas de temperatura Kelvin y Centígrada

T(K) = t(ºC) + 273; por ejemplo, t = 22 ºC equivale a T = 295 K.

Las variaciones de temperatura son independientes de cuál de las dos escalas usemos.

Calor Específico (C_e)

El calor específico de una sustancia es la energía necesaria para aumentar en un grado la temperatura de 1 kg de esa sustancia. Para el agua líquida, C_e = 4180 J/kg·K.

Variaciones de Calor

• Con variación de temperatura: Q = m · C_e · (T_f - T_i), siendo (m) la masa de la sustancia y (T_f - T_i) la variación de temperatura.
• Sin variación de temperatura (Cambio de fase): El calor necesario para cambiar de fase (o de estado) es Q = m · L, siendo (m) la masa de la sustancia y (L) el calor latente de cambio de fase, que es la energía que 1 kg de la sustancia necesita ganar o perder para cambiar de fase.

Química: Números de Oxidación