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Modelos del Universo - modelos geocéntricos. El modelo de Ptolomeo. Disposición de los astros en el universo, según Ptolomeo.



Modelos del Universo.
Modelos geocéntricos. El modelo de Ptolomeo.
Claudio Ptolomeo (85-165) vivió en Alejandría (actual Egipto). Elaboro un modelo geométrico que permitía explicar por qué cambiaban las distancias entre la tierra y los planetas en los distintos momentos de año. Según el modelo geocéntrico de Ptolomeo, la tierra permanece fija a los demas astros giran a su alrededor.

Disposición de los astros en el universo, según Ptolomeo.
En el centro esta la tierra, un cuerpo esférico e inmóvil.
A su alrededor giran los demas cuerpos celestes. El sol y la luna describen orbitas circulares, y los planetas, orbitas mas complejas con epiciclos y deferentes.


Él se imaginó que los planetas giraban alrededor de la tierra, a las pequeñas circunferencias que iban describiendo los planetas las llamo epiciclos y a la circunferencia que generaba los epiciclos los llamo deferente
Cubriendo todas estas esferas se encuentra la esfera de las estrellas, que también gira alrededor de la tierra.
Tanto el giro del epiciclo como el de la deferente pueden tener velocidades, direcciones y radios independientes lo que explica el movimiento de los planetas. En especial el movimiento retrogrado.
Modelos heliocéntricos.
Los modelos de Aristarco de Samos. Fue un filósofo griego que ideo un modelo del universo basandose en las ideas expuestas, heraclidas de ponto consideraba el sol como la fuente de calor yde la vida.
El modelo heliocéntrico de Aristarco. El sol esta en el centro del universo y la tierra, la luna, y otros cinco planetas giran en torno a él, con diferentes velocidades y en orbitas de distintos radios; el conjunto estaba dentro de una esfera de estrellas.
Este modelos se oponía a lo que se observaba directamente (en realidad perece que la tierra esta quieta y que el sol gira). Esto unido al mayor peso de las ideas filosóficas de Aristóteles, hizo que cayese pronto en el olvido.


El modelo de Nicolas Copérnico. Fue un astrónomo polaco que explico el movimiento de los astros en el universo de una forma mucho mas sencilla que la propuesta de Ptolomeo. Para ello, Copérnico propuso un modelo geocéntrico. A diferencia de Ptolomeo que era geocéntrico.
El modelo heliocéntrico de Copérnico situaba al sol en el centro del universo; la tierra y los demas planetas giraban a su alrededor describiendo orbitas circulares. La luna giraba alrededor de la tierra. El modelo de Copérnico explicaba también facilmente el movimiento retrogrado.

Representación del Universo según Copérnico.
I. Esfera inmóvil de las estrellas.
II. Saturno, giro en 30 años.
III. Júpiter, giro en 12 años.
IV. Marte, giro en 2 años.
V. Tierra, giro en 1 año, con la órbita de la Luna.
VI. Venus, giro en 9 meses.
VII. Mercurio, en 80 días.


La contribución de Galileo Galilei: Un científico italiano, sus trabajos ayudaron a resolverproblemas importantes en el campo de la física, la matematica y la astronomía. Utilizo un telescopio para realizar observaciones astronómicas, lo que permitió obtener pruebas que apoyaron los modelos heliocéntricos de Copérnico.
Sus descubrimientos mas importantes
La luna tiene valles y montañas, con lo que demuestra que no es un cuerpo esférico perfecto, tal y como suponía Aristóteles.
Venus muestra fases, como la luna, lo cual solo se puedes explicar si Venus y la tierra giran alrededor del sol
La vía lactea esta formada en realidad por numerosas estrellas.
En el sol existen manchas mas oscuras que contrastan con su superficie brillante: son las manchas solares.
Júpiter tiene varios satélites girando a su alrededor. Esto constituyo que no todos los astros giraban alrededor de la tierra.
Descubrió los anillos de Saturno, aunque él los califico de protuberancias
Publico sus conclusiones en las obras el mensajero de las estrellas, en 1610 y el dialogo sobre dos sistemas del mundo en 1632. Galileo mantuvo que todas las orbitas eran circulares.

Telescopio. Aunque se cree que el telescopio lo inventó Hans Lippershey (1570-1619), Galileo lo perfeccionó y lo utilizó para hacer mediciones astronómicas mucho mas exactas que las que habían realizado en épocas anteriores.

La cinematica del Universo. Leyes de Kepler.
Los modelos geocéntricos y heliocéntricos explican las posiciones de los astros en el firmamento conmodelos geocéntricos. Johannes Kepler llevo a cabo una serie de estudios permitiendo conocer las leyes matematicas que describen el movimiento de los astros.
Las leyes del movimiento planetario
1. Ley de Kepler. Todos los planetas se mueven alrededor del sol siguiendo orbitas elípticas, el sol esta en uno de los focos de la elipse. Los datos de Brahe indicaban también que los planetas se mueven mas rapido cuando estan próximos al sol (perihelio) que cuando estan en las zonas mas alejadas (afelio).

2. Ley de Kepler. Los planetas se mueven con velocidad areolar constante; es decir, la línea que une en cada momento el planeta con el sol barre areas iguales en tiempos iguales. Encontró una relación matematica entre (el tamaño de las orbitas y el periodo de revolución de los planetas el tiempo que tardan en dar una vuelta completa) alrededor del sol.


3. Ley de Kepler. Para todos los planetas:


Donde (d) es la distancia media al sol y la (t), el período.

La dinamica del universo. Aportación de Newton.
Los estudios de Kepler permitieron las leyes físicas que describen el movimiento de los planetas. Kepler pensaba que el movimiento planetario se debía a la fuerzas del magnetismo que emanaban del sol. Isaac Newton fue el científico que encontró la respuesta definitiva a la cuestiones de la dinamica de los planetas.
La ley de la gravitación universal.
La historia nos cuenta laanécdota de que se le ocurrió el razonamiento observando la caída de una manzana. Si soltamos una manzana horizontalmente, describira una semiparabola y aunque acabar cayendo lo hara tanto mas lejos cuanto mayor sea velocidad horizontal suficientemente grande, acabara dando la vuelta a la tierra y volvera al punto de partida, describiendo una órbita circular. En todos la cosas, el movimiento de la manzana es debido a la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la tierra sobre ella. Newton enuncio
Los planetas giran alrededor del sol describiendo orbitas elípticas. El sol ejerce sobre los planetas una fuerza de atracción gravitatoria que hace que los planetas giren en torno a él.
Newton concluyo que la fuerza de atracción gravitatoria es universal, pues las mismas leyes que gobiernan el movimiento de los cuerpos en la tierra gobiernan el movimiento de los astros en el cielo
Partiendo las leyes de Kepler, Newton llego a establecer la ley de la gravitación universal, que se puede ensuciar de la siguiente manera, todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadro de distancia que los separa, matematicamente se representa por la expresión:
FG .
M y m representan la masa de cada uno de los cuerpos.
d es la distancia que separa sus centros. Por ejemplo: Si los cuerpos son el Sol y la Tierra, d es ladistancia que hay del centro del Sol al centro de la Tierra.
G es la constante de gravitación universal y su valor en el SI es:
G.
El Sol atrae a la Tierra, y ésta, a su vez, atrae al Sol con una fuerza de igual magnitud. La fuerza que la Tierra aplica a la piedra la afecta en su movimiento; en cambio, la fuerza que la piedra aplica a la Tierra casi no la afecta debido a la gran masa de esta última.

Universo actual.
El nuevo sistema solar.
En 2006 la unión astronómica internacional acordó una nueva definición de planeta a partir de entonces, Plutón dejo de ser considerado un planeta y pasó a catalogarse como un planeta enano.
El sistema solar esta formado por
El sol. Es la estrella alrededor de la cual giran los planetas, los planetas enanos y los cuerpos pequeños del sistema solar.
Los planetas. Son astros que giran en torno al sol, con forma redondeada y que “han despejado su órbita”. Esto quiere decir que en su órbita no existen astros de un tamaño comparable a ellos. Por lo tanto, hay ocho planetas: Venus, Mercurio, La Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno y al rededor de ellos giran satélites.
Los planetas enanos. Son astros que giran en torno al sol. Con forma redondeada, pero que no han limpiado su órbita. Es decir que orbitan otros astros de un tamaño comparable al suyo. Por ejemplo: Plutón se encuentra en el cinturón de kuiper, donde hay otros astros con un tamaño similar.
Los cuerpos pequeñosdel sistema solar. Son los astros que tradicionalmente se han catalogado como cometas. Ejemplos: eros o el cometa Halley.


Los planetas extrasolares o exoplanetas.
Desde hace mas de una década las técnicas de observación han avanzado mucho. Esto ha permitido descubrir que gira alrededor de otras estrellas. Son los planetas extrasolares o exoplanetas.
En 2007 se conoció 269 planetas extrasolares. La mayoría de estos se han decúbito debido a las atracción gravitatoria existente entre ellos y su estrella. En efecto a su estrella. Esto hace que la estrella sufra un pequeño movimiento continuo que se repite a medida que el planeta da vuelta a su alrededor.
Así, analizo minuciosamente el movimiento de muchas estrellas, los astrónomos han descubierto la existencia de muchos planetas girando alrededor de otras estrellas diferentes al sol. Casi todos tienen una mesa mayor que Júpiter, pues los planetas de mayor masa atraen a su estrella y por tanto los movimientos de las estrellas son mas faciles de detectar.
Como ves, la ley de la gravitación universal nos permite sigue realizando importantes descubrimiento varios siglos después de ser formulada.
El universo actual. La gran explosión (big bang)
Si los descubrimientos realizados por los astrónomos en los siglos XVll y XVlll fueron importantes para conocer el sistema solar, los hallazgos obtenidos en el siglo XX permitieron ver mas alla y establecer teorías paraexplicar el origen y la evolución del universo.
En 1924 el astrónomo estadounidense Edwin P. Hubble (1889-1953) descubrió que algunas nebulosas no eran de polvo y gas situados en nuestra galaxia, como se suponía, sino que era galaxias, en 1929 Hubble comprobó que la mayoría se estaba alejando. Ademas, la velocidad de alejamiento era mayor cuanto mas lejos se encontraba la galaxia.
La relación entre la distancia de la galaxia d y su velocidad de recesión y se conoce como ley de Hubble. Matematicamente se expresa así
La constante h se conoce como constante de Hubble h= 20km/s/ millón de años luz.
Es decir, si una galaxia se aleja de nosotros a una velocidad de 200 km7s, entonces se encuentra a 10 millones a años luz distancia. Estos valores fueron predicho por George demerite (1815-1966) en 1927 a partir de la relatividad generalmente enunciada en 1915 por Albert Einstein (1879-1955)
Estos descubrimientos apoyaron una teoría sobre el origen del universo que es la que esta mas de acuerdo con las evidencias experimentales: la teoría del big bang o de la gran explosión. Si las distintas galaxias del universo se estan separando continuamente, cabe pensar que hace mucho tiempo, toda la materia que contiene estaba concentrada en un puno. Tras la gran explosión inicial (ocurrida hace unos 13700 millones de años). El universo comenzó a expandirse. Primero se formaron los atomos y mas tarde la materia se fue concentrando paraformar estrellas, planetas y galaxias.
Observaciones que apoyan la teoría de la gran explotación.
Existen diferentes evidencias experimentales que apoyan la teoría del big bang
La ley de Hubble. Es el principal apoyo, parece lógico suponer que si las galaxias se estan separando, en el pasado estaban mas juntas.

Símil para entender la expansión del Universo. Cuanto mas hinchado esta el globo, mas alejados estan entre sí los puntos blancos. Sucede algo similar con las galaxias del Universo; a medida que el Universo se expande, se crea espacio entre las galaxias y la separación entre ellas aumenta, Ley de Hubble.

La radiación de fondo de microondas. Es una radiación detectada en 1964 por Arno A. Penzias en 1933 y Robert W. Wilson en 1936 y que baña todo el universo. Esta radiación electromagnética se emitió cuando se formaron los atomos, cuando el universo tenía unos 400.000 años de edad. Marca el límite de lo que podemos observar. Es decir, no podemos llegas a observar que había en el universo antes de emitirse esta radiación.
La abundancia de helio y otros elementos ligeros: El helio constituye aproximadamente 25% de la materia del universo actual. Sin embargo, en las estrellas el helio no se crea, sino que se destruye la teoría de la gran explotación explica esta abundancia. Y también la abundancia de litio y de deuterio, un isotopo del hidrogeno que tiene un núcleo con un protón y un neutrón.





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