Leyes y modelos científicos

Ciencia. Modelo geocéntrico, heliocéntrico. Kepler y sus leyes. Aristóteles. Ptolomeo. Copernico. Galilei. Ley matemática para la gravitación. Peso de los cuerpos. Aceleración de la gravedad. Centro de gravedad. Astronomía. Expansión del universo

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Modelo Geocéntrico

El filosofo griego Aristóteles, en el S.IV a.C. descubrió un modelo del universo tal y como lo captan nuestros sentidos: colocando la tierra en el centro del universo y el resto de los astros girando a su alrededor, incluido el sol. A esta idea se le llama modelo geocéntrico.

El modelo que descubrió Aristóteles no logra explicar el movimiento de retroceso que describen algunos planetas vistos desde la tierra. Esta imperfección la corrige Claudio Ptolomeo en el S.II a.C., y lo modifico introduciendo los epiciclos, que era un modelo geométrico diseñado para explicar las variaciones de velocidad y dirección descritas por los planetas.

Modelo heliocéntrico

Nicolás Copernico (1473-1543) descubrió un universo con el sol fijo en el centro y el resto de los astros girando a su alrededor, menos la luna, que gira alrededor de la tierra. Este es el modelo heliocéntrico. Este modelo lograba explicar las observaciones astronómicas de forma semejante a las de Ptolomeo, y además era mucho mas simple.

Galileo Galilei aporto a la aceptación de este modelo en descubrir, con un pequeño telescopio, cuatro satélites que giraban alrededor de Júpiter. Gracias a este hecho se demostró definitivamente que era falsa la existencia de un modelo geocéntrico.

Kepler y sus leyes

Los modelos del universo propuestos hasta ahora consideraban que los cuerpos seguían una trayectoria circular alrededor de un astro central. Pero algunas observaciones astronómicas mas precisas no acababan de ajustarse a esa idea. Para explicarlo Johannes Kepler (1571-1630) recurrió a la idea d la trayectoria elíptica.

-1ª ley: los planetas se mueven alrededor del sol mediante orbitas en forma de elipse, en cuyo foco se encuentra el sol.

-2ª ley: la recta que une un planeta con el sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Esto explica por que los planetas se mueven mas rápidamente cuando pasan por el perihelio que cuando pasan por el afelio.

-3ª ley: el cuadrado del periodo orbital (que es el tiempo que tarda un planeta en dar una vuelta alrededor de el sol) de los planetas es proporcional al cubo de sus distancias medidas al sol.

Ley matemática para la gravitación

El creador de esta formula fue Isaac Newton y consistía en: la fuerza de atracción gravitatoria mutua que experimentan dos cuerpos es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa: F = G M·m

R2

Esta ley se denomina universal porque explica fenómenos terrestres (por el peso de los cuerpos) y celestes (por el movimiento de los planetas).

Peso de los cuerpos

El peso de un cuerpo es debido a la fuerza gravitatoria que la tierra ejerce sobre el: P = G M·m

R2

Aceleración de la gravedad

La fuerza de la gravedad hace que un cuerpo que se deja libre tenga una aceleración: F=m·a

Llamando a esta aceleración gravedad y representándola por g, se obtiene el peso: P=m·g (la fuerza gravitatoria terrestre, g, tiene el valor de 9,8m/s )

La aceleración de la gravedad, g, disminuirá cuando R aumente.

Centro de gravedad

El centro de gravedad es el punto donde se sitúa el origen del vector que represente su peso.

En cuerpos homogéneos con centro de simetría este coincide con su centro de gravedad. El de los cuerpos irregulares no tiene formulas para hallarlo.

La astronomía a comienzos del S.XX

En las primeras décadas del S.XX se produjeron dos nuevos acontecimientos científicos que dio pie a una nueva visión sobre el origen y evolución del universo:

-La teoría d la relatividad: en 1916 Albert Einstein formulo la teoría de la relatividad que consistía en que la gravitación era la fuerza dominante en el universo.

La confirmación de esta teoría tuvo lugar durante el eclipse de sol de 1919, al ver que la luz procedente de una estrella se curvaba por la atracción gravitatoria solar.

-La expansión del universo: en 1929 Edwin Hubble descubrió que el universo no es estático, sino que se expande.

Hubble se inspiro en los trabajos de Henrietta Leavitt quien descubrió la relación entre el brillo de algunas estrella y la distancia entre ellas. Pro lo que ese descubrimiento podría utilizarse como punto de referencia en las grandes dimensiones del cosmos.

Con esta ayuda logro descubrir la ley básica de un universo en expansión: “las velocidades con que se alejan las galaxias son proporcionales a las distancias entre ellas”.

El Big Bang

El Big Bang explica la causa de cómo podría haberse formado el universo.

Los científicos creen que las galaxias estaban mas juntas, hasta el punto de que la materia estaba muy compactada y por lo tanto, con una densidad altísima. La temperatura de la materia debía ser a billones de grados, por lo que los átomos no podían existir, sino que estaban los quarks. En el momento inicial debió de producirse una gran explosión a la que llamamos Big Bang, a partir de entonces, el universo se ha expansionado y enfriado y a la vez se han ido creando diferentes niveles de organización de la materia. Transcurridos unos minutos desde el Big Bang, los quarks, dieron lugar a los protones, neutrones y electrones, y mas tarde a los átomos de hidrógeno y helio. Mas tarde aparecieron átomos mas pesados que al unirse dieron lugar a las primeras galaxias. Su aparición debió iniciarse hace 30 millones de años del Big Bang.

En este campo de estudio destaca la obra del físico británico Stephen Hawking.