10 de marzo de 2009

Genesis I

Voy a hacer un pequeño recuento de la fisica desde los primeros precursores, los grandes aportes que dieron estos personajes y un poco de sus vidas....

Lo dividire en dos partes, esta que es la primera parte (Genesis I), la segunda parte tratara de comprender desde el punto final de este post hasta la actualidad o fisica contemporanea, siquiera hasta einstein. La segunda vendra despues...

Platon (427 - 347 aC)

Modelo platonico del universo

Despues de pitagoras, el filosofi platon considero que los cuerpos celestes eran perfectos, entonces pensaba que deberian moversen siguiendo trayectorias perfectamente circulares, sobre esferas transparentes.

Para platon la tierra era una esferaestacionaria o estatica, alrededor de la cual se encontraban dichas esferas transparentes.
Las estrellas, el sol, la luna y los planetas se encontraban en estas esferas, que rotaban alrededor del eje polar de la tierra.

Pero el modelo del universo de platon presentaba problemas, no explicaba la forma complicada que tenian las trayectorias de los planetas: al observa un planeta se veia que su trayectoriasufria cambios bruscos de direccion para luego seguir su camino inicial.

También habían cambios en la intensidad de la luz en los planetas durante un periodo de movimiento, para platon, los cuerpos celestes seguían una trayectoria perfectamente circular al rededor de la tierra, su brillo debería de permanecer constante durante un periodo de orbita.
Pero por así decirlo para tapar o rellenar estos huecos o solucionar estos problemas se introdujo la idea de “epiciclos”.
Los epiciclos eran pequeñas orbitas circulares que seguían los planetas y el centro de estas se movían sobre las esferas tranparentes propuestas por platon. La trayectoria seguida por cada epiciclo sobre su correspondiente esfera transparente es denominada deferente.



Aristoteles (384 - 322 a.C)

Discípulo de platon, sostuvo las ideas de su maestro sobre las esferas que sostenían a las estrellas y los planetas girando alrededor de la tierra. Según Aristóteles el movimiento de todo lo que había en el cielo era inmutable y que el movimiento natural del universo era naturalmente circular y eterno.
Aristoteles escribió muchos tratados sobre lógica y psicología, pero sus escritos de física y su perspectiva del universo fue errónea.

Claudio Ptolomeo (100 - 178 d.C)

Sistema Ptolomeico

Desarrollo numerosos conceptos en astrología que ayudaron a la elaboración de horóscopos, también dio a conocer que los patrones físicos, apariencia, carácter, estatura, etc. Estaban regidos y determinados por los planetas y estrellas.

Como astrónomo Ptolomeo dio nombre y clasifico a las estrellas según su brillo en un libro de su autoria, también dio pautas y reglas que permiten predecir los eclipses, creia que la tierra era esférica.

Ptolomeo recopilo teorías y obras de los antiguos astrónomos griegos, basadas en el modelo de platon para explicar el movimiento de los planetas en un libro llamado “Magale mathematike sintaxis” (Gran sintaxis matemática) después de la caída del imperio romano, fue llamado Almagest (el mas grande) por los árabes. El libro estuvo perdido para la civilización accidental hasta 1176 cuando fue traducido del árabe al latín y se convirtió en la “biblia” del pensamiento e ideales astronómicos hasta el renacimiento.

Ptolomeo recopilo en su libro el sistema platonico del universo y a partir de ese momento se conoce como sistema ptolomeico del universo.
Ptolomeo también explico el movimiento de un planeta visto desde la tierra y el cambio de luminosidad de este.

En la siguiente figura vamos a ver la trayectoria y luminosidad de un planeta visto desde la tierra



Cuando el planeta se mueve por el epiciclo en algún momento se aleja de la tierra y por lo tanto su intensidad luminosa observada desde la tierra disminuye, pero por el contrario cuando se acerca más a la tierra su intensidad luminosa aumenta.



¿El sol, centro del universo?

Aceptar que la tierra no era el centro del universo era la piedra angular para la edad moderna

Los escritos aristotélicos y el modelo ptolomeico del universo fueron enseñados por mas de 1.500 años en universidades y monasterios, como la verdad universal y que no podía ser cambiada.
También las equivocadas nociones e ideas de Aristóteles sobre la física y la astronomía eran la base de la educación en la época a pesar de que no tenían ni prueba ni justificación experimental.

En el renacimiento las inconformidades por el conocimiento y las verdades eternas despertaron la atención de muchos, entre ellos uno en especial:

Nicolás Copérnico (1473 - 1553)

Clérigo y astrónomo polaco, en 1543 propuso y expuso una teoría heliocéntrica, donde la tierra y todos los demás planetas giraban alrededor del sol.
Esta propuesta ya había sido divulgada por el astrónomo aristarco (320 – 250 a.C), basándose en ideas propuestas por Heráclito (388 – 315 a.C).

Copérnico retomo y desarrollo esta idea y la uso para realizar un modelo que utilizaba para calcular y predecir las orbitas y posiciones de los planetas.

La teoría heliocéntrica de Copérnico fue publicada en el mismo año en que este murió, 1553. El libro fue llamado “De revolutionibus orbium coelestium (Sobre la revolución de las esferas celestes). En la teoría se explicaba que las orbitas de los planetas alrededor del sol eran perfectamente circulares y su distancia al sol aumentaba al aumentar el periodo que seguía cada planeta.



El modelo planteado por Copérnico explica el extraño movimiento y el cambio de brillo de los planetas

[Imagen movimiento retrogrado de un planeta explicado por la teoría heliocéntrica de Copérnico]

Cuando la tierra se mueve de A a C marte se mueve de a a c, entonces desde la tierra se ve que marte se mueve por a’->b’->c’, cuando la tierra se adelanta a marte, ósea de C->D->E, marte cambia de dirección c’->d’->e’, pero cuando la tierra pasa por E->F->G al dirección de marte vuelve a ser como estaba inicialmente.

Cuando la distancia entre lo planetas disminuye, Aa->Bb->Cc->Dd, el brillo de marte visto desde la tierra aumenta y a medida que la distancia aumenta Dd->Ee->Ff->Gg, el brillo de este disminuye.

En 1616 la iglesia católica puso el libro de Copérnico en la lista de libro prohibidos por que desmentía la biblia, hasta que lo corrigieron y salio de la lista en 1835.

Galileo Galilei (1564 - 1642)

Fuente

Johannes Kepler (1571 - 1630)

Leyes de kepler

1. Un planeta describe una órbita elíptica alrededor del sol, y que este se encuentra en uno de los focos de dicha elipse













2. La linea recta que une al sol con el planeta, barre areas iguales en intervalos iguales de tiempo












Area SAB = Area SCD = Area SEF

3. Relación del movimiento de los planetas entre si:

El cuadrado del periodo P (Tiempo que toma un planeta al recorrer una orbita completa alrededor del sol) de cada planeta es proporcional al cubo de la longitud del semi-eje mayor, a, de la orbita elíptica













Donde K es una constante igual para todos los planetas

Isaac Newton (1642 - 1727)

Ley universal de la gravitacion:

Esta ley determina que la atraccion entre dos cuerpos depende de su masa y de la distancia entre ellos

De acuerdo a la ley universal de la gravitacion de newton, la fuerza de atraccion entre dos cuerpos de masas m1 y m2 es directamente proporcional al producto de sus masas m1 x m2 e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d entre ellos

F Ω = m1.m2 / d^2

Para determinar el valor de F es necesario introducir una constante que permita establecer una igualdad en la relacion anterior. Esta constante se nombra como G.
La ecuacion quedaria asi:

F = G m1.m2 / d^2

Esta constante G recibe el nombre de constante gravitacional

La fuerza de gravedad que ejerce la tierra sobre cualquier objeto con masa es de aproximadamente 9.8 m/s^2, aunque en algunas partes varia pero no se nota mucho el cambio.

Por ejemplo en los polos la atraccion es mayor, por que la tierra es un poco achatada en esta parte, entonces cualquier cuerpo que se encuentre alli esta mas cerca del centro de la tierra y por consiguiente es mayor su atraccion por la gravedad.
Lo contrario sucede en la linea ecuatorial, la fuerza de atraccion es menor.

Linea ecuatorial = 9.78 m/s^2
Polos = 9.83 m/s^2

[ Despues de largo tiempo ]

Ya despues de esperar un buen rato, continuo...

Las tres leyes de la mecanica del movimiento de newton
Fueron ideas de galileo galilei desarrolladas exitosamente por isaac newton

Ahora vamos a hacerles una pequeña introduccion a las tres leyes

1. La primera ley tiene que ver con el movimiento de un solo cuerpo, sobre el cual no actuan fuerzas netas

2. La segunda ley estudia la relacion entre fuerza, masa y aceleracion

3. La tercera y ultima ley relaciona las fuerzas que los objetos ejercen unos sobre los otros

Primera ley de newton (Inercia):

Antes de los trabajos de galileo galilei se creia que se necesitaba de una "fuerza" externa para conservar un cuerpo en movimiento, se pensaba que un cuerpo estaba en su estado natural si estaba en reposo. Ademas que para que un cuerpo siguiera un movimiento con velocidad constante, tenia que ser impulsado continuamente por algun agente externo, de otra forma se detendria.
Galileo argumento sobre esta idea suponiendo que al cuerpo se le podria liberar de esos influencias externas o "fuerzas", galileo supuso que usando una superficie de movimiento cada vez mas lisa, plana y horizontal, el movimiento continuaria mayor tiempo y la velocidad disminuiria mas lentamente que antes, y mientras mas lisa sea la superficie el cuerpo cada vez llegaria mas lejos y su velocidad disminuiria mas lentamente.

Si se pudiera eliminar toda friccion (rose con la superficie) el cuerpo seguiria indefinidamente en linea recta con velocidad constante amenos de que una "fuerza" externa interactue con el.

Conclusion de galileo: Afirmo que se necesitaba alguna fuerza externa para cambiar la velocidad de un cuerpo, pero que no se necesitaba ninguna fuerza externa para conservar la velocidad de un cuerpo.

La anterior conclusion de galileo fue retomada por isaac newton y enunciada como su primer ley:

"Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento rectilineo uniforme, amenos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas externas aplicadas sobre el".

Esta primera ley es tambien conocida como la ley de la inercia.

A la materia se le asigna la propiedad de la inercia cuando un cuerpo inicia su movimiento rectilineo uniforme y ninguna fuerza obra sobre el.

Segunda ley de newton:

Segun la primera ley de newton si un cuerpo no mantiene una velocidad constante es por que debe haber una fuerza neta aplicada sobre el, que hace que cambie y que varie su velocidad, como un cuerpo con velocidad variable esta acelerado, esto quiere decir que un cuerpo al que se le aplica una fuerza neta esta acelerado.

La segunda ley de newton establece la relacion precisa:

"El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza aplicada, y se efectua en la direccion de la linea recta en que se aplica la fuerza"

Segun esta ley, la relacion entre la fuerza neta y el cambio del movimiento es una proporcion directa:

FΔv/Δt

Donde significa "proporcional a"
Δv = vf - vi (Velocidad final - Velocidad inicial)
Δt= tf - ti (Tiempo final - Tiempo inicial)

Como es mas conveniente manejar ecuaciones que proporciones, se introduce una constante de proporcionalidad m y se convierte la proporcion en ecuacion:

(1) F = m Δv/Δt

Newton expresa con esta ecuacion que la fuerza que obre sobre un cuerpo, es igual a la rapidez z con que cambia la contidad de movimiento o mv.

Parece que la dificultad para cambiarle de movimiento a un cuerpo aumenta con la cantidad de materia que posee este. Esta cantidad de materia se llama masa, todo cuerpo contiene esta, y esta mide su inercia, es decir su resistencia a abandonar su movimiento rectilineo.

El valor de m en la ecuacion (1) determina la dificultad que presenta un cuerpo para acelerar con esta masa.

La ecuacion expresa que la intensidad F de la fuerza requerida para producir una aceleracion de valor a sera proporcional a la masa del cuerpo sobre el cual actua.

Reescribiendo la ecuacion (1) tenemos:

F = m Δv/Δt = m.a

Un aspecto importante de la ecuacion (1) es que el simbolo de la fuerza se escribe como vector y el de la masa m como escalar. Es decir, la fuerza F es un vector que tiene la misma direccion y sentido que la aceleracion a que esta produce.

Ahora es necesario establecer una unidad patron de masa, esta seria el kilogramo (kg), ya definida la unidad de masa, debemos establecer la unidad de fuerza por medio de la segunda ley de newton.

La fuerza total o neta requerida para proporcionar a una unidad de masa (1kg) una unidad de aceleracion (1m/s^2) es 1kg x 1m/s^2 = 1kg . m/s^2.
Esta cantidad es la unidad de fuerza dAenominada newton (N), 1N equivale a 1kg.m/s^2.

Aunque aveces cometemos un error gravisimo al igualar el significado de los terminos masa y peso, por esto me veo casi que obligado a dar a conocer el significado a estos dos terminos que son semejantes y que se suelen relacionar.

Masa: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo, la unidad de medida para la masa es el kg
Peso: Es la fuerza que ejerse la tierra sobre cualquier cuerpo con materia debido a la aceleracion de la gravedad cuyo valor es 9.8m/s^2.

Su formula es: W=m.g y su direccion y sentido se orienta siempre hacia el centro de la tierra, osea hacia abajo.

Tercera ley de newton (Accion y reaccion):

En el estudio de la fuerza y el movimiento, newton se dio cuenta de que si un cuerpo 1 ejerse una fuerza sobre un cuerpo 2, el cuerpo 2 ejerse una fuerza de igual magnitud y direccion, pero de sentido contrario sobre el cuerpo 1.

Esta propiedad de la fuerza fue primero formulada por newton en su tercera ley del movimiento:

"A toda accion se le opone una reaccion igual y contraria"

Con esto termina este "Corto" texto y recuento del inicio de la fisica, ya vendra Genesis II que es la continuacion de este ultimo en adelante hasta nuestros dias

Espero que les halla gustado, dejen sus comentarios :P

Fin... 21/06/09

1 comentario:

  1. esta muy shido tu blog spero y siga ssubiendo mas cosas

    me gustaria acerca de la NASA
    o si el hombre en realida dllego a la luna


    atte: flakamoxxxxxa

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