L'Univers: Models, Lleis de Kepler, Gravitació i Teoria del Big Bang

Components de l'Univers Observat

L'univers que observem inclou diversos tipus d'astres:

• El Sol: És una estrella de color groc. A l'estiu està més alt en el cel que a l'hivern i escalfa més.
• La Lluna: L'únic satèl·lit natural de la Terra, és el cos més brillant nocturn.
• Estrelles: Són punts de llum que veiem al cel nocturn.
• Planetes: Alguns es veuen a simple vista.
• Satèl·lits: Són astres que giren al voltant d'un planeta.
• Galàxies: Són agrupacions d'estrelles, gasos i pols. La nostra és la Via Làctia.
• Nebuloses: Són núvols de gasos amb diversos orígens.
• Planetes nans: Són astres esfèrics més petits que els planetes.
• Asteroides: Són astres més petits que els planetes nans i tenen formes irregulars.
• Cometes: Són astres rocosos molt més petits que els planetes.

Els Models Històrics de l'Univers

Abans es coneixien set astres (Sol, Lluna, Mercuri, Venus, Mart, Júpiter i Saturn) que es movien sobre el fons estel·lat. Per això sembla que els astres no es moguin.

Model Geocèntric de Ptolemeu

La Terra es manté fixa i els astres giren al seu voltant.

Models Heliocèntrics

Model d'Aristarc

Deia que el Sol estava situat al centre de l'univers i la Terra, la Lluna i els altres cinc planetes giren entorn seu, amb velocitats i en òrbites de radis diferents.

Model de Copèrnic

Situava el Sol al centre de l'univers: la Terra i els altres planetes giraven al seu voltant descrivint òrbites circulars. La Lluna girava al voltant de la Terra.

La Contribució de Galileu a l'Astronomia

Galileu (1564-1642) va ser un científic italià que, amb els seus treballs, va ajudar a resoldre problemes importants en la física, les matemàtiques i l'astronomia. Va estudiar els telescopis per realitzar observacions astronòmiques, la qual cosa li va permetre obtenir proves que van donar suport al model heliocèntric de Copèrnic. Alguns dels seus descobriments van ser:

• La Lluna té valls i muntanyes.
• Venus mostra fases com la Lluna.
• La Via Làctia està formada per nombroses estrelles.
• En el Sol hi ha taques més fosques que es veuen en la superfície.
• Júpiter té diversos satèl·lits girant al seu voltant.
• Saturn tenia anells.

Lleis de Kepler: La Cinemàtica del Moviment Planetari

Johannes Kepler va establir una sèrie de lleis matemàtiques que van poder descriure el moviment dels astres, amb l'ajuda del mestre Tycho Brahe.

Les Lleis del Moviment Planetari

1. Tots els planetes es mouen al voltant del Sol seguint òrbites el·líptiques. El Sol està situat en un dels focus de l'el·lipse.
2. Els planetes es mouen amb velocitat areolar constant.
3. Per a tots els planetes, es compleix que T²/R³ = k (constant), on R és la distància entre el Sol i el planeta, i T és el període orbital.

La Dinàmica de l'Univers segons Newton

Isaac Newton va ser un científic que va explicar per què els planetes giren al voltant del Sol descrivint òrbites el·líptiques. El Sol exerceix sobre els planetes una força d'atracció gravitatòria que fa que els planetes girin al seu entorn.

La Llei de la Gravitació Universal

L'Equilibri

L'equilibri es defineix per:

• Mòdul
• Direcció
• Sentit
• Punt d'aplicació

Els Cicles de les Marees

Les marees són moviments de pujada i baixada del nivell de l'aigua de mar que té lloc de forma cíclica dues vegades cada dia.

Predicció del Moviment dels Cossos Celestes

La Llei de la Gravitació Universal permet fer prediccions sobre la velocitat, posició i període orbital dels cossos celestes.

L'Univers Actual i la Teoria del Big Bang

Components de l'Univers Actual

• Sol
• Planetes
• Planetes nans
• Cossos petits

La Teoria del Big Bang

Edwin P. Hubble va descobrir que algunes nebuloses no eren núvols de pols i gas situats en la nostra galàxia, sinó que eren diferents galàxies a la nostra.

La relació entre la distància de la galàxia (D) i la seva velocitat de recessió (V) es coneix com a Llei de Hubble.

Observacions que donen suport a la Teoria de la Gran Explosió

• La Llei de Hubble, que demostra que les galàxies se separen.
• La radiació del fons còsmic de microones.
• L'abundància de l'heli.