En esta entrada, responderemos a las cuestiones planteadas en el blog de nuestros profesores http://cbasefis4eso.blogspot.com.es/2013/12/actividad-4-newton-descomposicion-de-la.html
1.Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643?
1.Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643?
Isaac Newton nació en las primeras horas del 25 de diciembre de 1642, pero se conoce como el 4 de enero de 1643, según el calendario gregoriano.
2.¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?
Hacia 1675 Newton dijo “Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes”, en referencia a científicos anteriores a él como Copérnico, Galileo Galilei, Kepler o Descartes. Pero realmente el que primero dijo algo parecido fue el filósofo Bernardo de Chartres que vivió en el siglo XII “Somos enanos a hombros de gigantes”
3.Aristóteles es un filósofo clásico cuyas ideas sobre cinemática, dinámica, astronomía y cosmología predominaban en Europa desde la época de la Grecia clásica hasta la revolución copernicana. Desde una perspectiva científica, ¿cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo? Es muy recomendable leer los siguientes artículos: Cosmología aristotélica y Filosofía de la naturaleza; así como ver el siguiente vídeo (puedes ver el documental entero en el siguiente canal, es el episodio 14):
Aristóteles tenía una visión del universo muy diferente a la que se tiene actualmente. Partimos por decir que el consideraba que la tierra era el centro del universo. Que esta se encontraba inmóvil mientras el resto de cuerpos celestes giraban alrededor. Aristóteles dividía el cosmos en dos regiones,el mundo sublunar y el mundo supralunar.
El mundo sublunar estaba formado por todo aquello que estaba por debajo de la luna( sin incluirla) ,es decir, la Tierra. Según él los movimientos ,cambios y transformaciones que se producían en esta parte del cosmos no pueden ser matematizados,son diversos y heterogéneos. Los cuerpos que componen esta región están formados por cuatro elementos básicos. Cada uno de ellos posee una naturaleza distinta, por lo que tienden a distintos lugares para llegar al reposo( ya que sabemos que todos los cuerpos tienden a mantenerse en equilibrio).Estos cuatro elementos son;la tierra, que tiende a ocupar su lugar natural en el centro de la Tierra, el agua, que se sitúa encima de la Tierra, el aire,y el fuego que tiende hacia la periferia del mundo. Para Aristóteles los movimientos de los cuerpos terrestres son rectinlíneos o no rectilíneos.Consideraba rectilíneos a aquellos movimientos naturales del los cuerpos, clasificándolos entre los ascendentes(fuego y aire) y los descendientes (tierra y agua). Los no rectilíneos eran aquellos que iban en contra del orden natural, que estaban provocados por una fuerza externa al cuerpo,aquellos violentos y forzados.
El único propósito de todos los movimientos era mantener el orden natural.
Por esta razón Aristóteles explica su concepción geocéntrica del universo. Según él, al estar La Tierra formada mayormente por Tierra, debe de ocupar el centro del Universo, su lugar natural.
El mundo supralunar es la región que abarca la luna y todo lo que se encuentra más allá de ella, es decir, el cielo.Es ésta una región del orden, donde suceden cambios pero absolutamente predecibles, regulares,y estables.Según Aristóteles los cuerpos celestes estaban compuestos por una sustancia llamada “éter”, sutil,óptimo e invisible. Está sustancia es lo que le proporcionaba al cielo su armonía y orden característico.
Para Aristóteles no existía la concepción que tenemos hoy en día de que los planetas se mueven en el vacío. Para él los cuerpos celestes estaban sujetos a unas esferas de éter que son las que realizaban el movimiento. No eran los planetas los que se movían, si no que eran las esferas de éter las que desplazaban a los cuerpos que en ellas se encontraran. Este elemento al que llamó éter tenía un movimiento natural circular y uniforme alrededor de la Tierra.
Aristóteles consideraba que el universo no tenía ni principio ni final, que era eterno. Más allá del universo no hay nada, porque esto es todo lo que hay.
4.En el capítulo se menciona a varios científicos muy importantes en el desarrollo de la Física. Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.
Aquí os dejamos el enlace a la página web, donde podreis ver con más detalle la línea temporal. http://www.dipity.com/guiomar99/Fisicos/
5.¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo? (La página completa es un excelente recurso, tiene hasta un simulador del telescopio de Galileo) Explica qué son la reflexión y la refracción de la luz (es muy recomendable leer las páginas 190-191 de tu libro de texto). El siguiente simulador, puede ser de gran ayuda para las cuestiones 5, 6 y 7 (nota: puedes realizar fotos de pantalla de los simuladores y añadirlos en tu entrada):
En 1668 Isaac Newton diseñó su telescopio de manera original y lo fabricó con sus propias manos. A diferencia de Galileo, él utilizó espejos en vez de lentes. La pobreza de las imágenes del telescopio refractor de Galileo se debe a que los bordes de las lentes actuaban como prismas, y es por eso por lo que aparecían círculos y franjas coloreadas que distorsionaban los objetos. Además se necesitaba un espejo cóncavo de curvatura constante y exacta, por lo que Newton fabricó el suyo de metal. Se llama telescopio reflector porque este espejo simplemente reflejaba la luz de un objeto alejado, conseguía cuarenta aumentos sin aberraciones alguna.
La Reflexión de la luz:
Cuando la luz incide sobre la superficie de un medio no transparente, es decir, opaco; la luz vuelve al mismo sitio en que se propagaba. Por lo tanto sabemos que la luz que se refleja cambia de dirección, pero conserva la misma velocidad.
La Refracción de la Luz:
Sabemos que la luz se propaga en línea recta y con velocidad constante; sin embargo, cuando la luz pasa oblicuamente de un medio transparente a otro, este experimenta un cambio de dirección de propagación y de velocidad al que llamamos refracción. Por lo tanto esto pasa cuando la luz pasa de un medio a otro donde su velocidad es diferente.
6.Realiza el experimento de descomposición (dispersión) de la luz mediante un prisma óptico (puede ser una botella llena de agua, tal y como sugiere el libro) y descríbelo incluyendo tu propia imagen. (es muy recomendable leer la páginas 192 de tu libro de texto)
Nuestro prisma óptico ha sido una botella de agua. Hemos puesto la botella debajo del foco de luz “blanca” y una lámina blanca para poder ver con claridad la descomposición de la luz. Hemos podido utilizar esta botella de agua como prisma debido a que el agua actúa como dispersante de la luz; es decir la luz pasa por las gotas de agua, y estas cambian la velocidad de la luz, y al cambiar su velocidad, como tienen longitudes de onda distintos, se separan. Este fenómeno no ocurre en el vacío; pues en ese medio todas las frecuencias viajan a la misma velocidad.
Por lo tanto podemos sacar la conclusión, que la luz blanca está compuesta de todos los colores que nuestro ojo distingue; desde el rojo, pasando por el verde, hasta el violeta. Gracias a que los materiales les hacen cambian su velocidad podemos distinguirlos, como por ejemplo en los arco iris.
En esta imagen podemos ver el mismo efecto, pero más artístico y profesional.
7.Explica por qué se forma el arco iris primario y el secundario. Puedes incluir tu propia fotografía del fenómeno, si eres aficionado.
Los arco iris se forman debido a que las gotas de agua de la lluvia actúan de retractores y dispersan la luz blanca del Sol, y la dividen en las luces de distintos colores. El proceso es el siguiente; el Sol se refracta al pasar al interior de las gotas de lluvia, se refleja en parte en la cara posterior de las gotas y llega a nuestro ojo resultando así el arco iris. Claro, que este fenómeno solo sucederá si hay la cantidad necesaria de luz solar. Pero si por el contrario, hay demasiada, se crearán dos arco iris; el primario o fundamental que se encuentra más abajo, y el secundario que está por encima de este primero. Esto sucede por que se producen reflexiones sucesivas en el interior de las gotas de agua. En el segundo arco iris, los colores están invertidos; si en el fundamental el rojo estaba en el exterior, en este secundario se encuentra en el interior, y así sucesivamente.
8.Infórmate acerca del concepto de momento lineal (lee la página 80 de tu libro de texto). Trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.
El momento lineal, o cantidad de movimiento se refiere a objetos en movimiento. Es una magnitud vectorial y desempeña un papel muy importante en la segunda ley de Newton, también combina las ideas de inercia y movimiento.
P=m·v y por lo tanto sabemos que el movimiento del objeto es constante.
Primera ley de Newton: Gracias a esta ley sabemos que un cuerpo conserva su estado natural de reposo o MRU y por lo tanto su cantidad de movimiento es constante.
Segunda ley de Newton: Sin embargo, cuando una fuerza interviene en estos cuerpos se produce una aceleración, y por lo tanto su cantidad de movimiento cambia ya que su velocidad no es constante.
Tercera ley de Newton: Esta última ley nos conecta con la tercera. Todo cuerpo que ejerza una fuerza (que la conocemos como acción), sobre otro cuerpo; ejerce una fuerza de reacción que es igual pero en sentido contrario. El cambio en la cantidad de movimiento es por lo tanto igual pero de sentido opuesto, y es constante.
9.Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal, para ello puedes consultar la página 130 del libro de texto (para este punto y el siguiente, es necesario ver los siguientes vídeos).
La ley de Gravitación universal es una ley aplicable a todos los cuerpos y dice lo siguiente:
“Dos cuerpos cualesquiera se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.”
F=G· Mm/D^2
En 1864 Newton dedujo la Ley de Gravitación Universal. Se basó en muchas otras leyes ya nombradas por otros científicos, y en muchos principios físicos que ya se conocían. Pero Newton fue el primero que fue capaz de establecer una relación entre porque cae la manzana en la Tierra y la fuerza que atrae a la luna hacia la Tierra. Es decir, crear una relación entre el cielo y la Tierra.
Newton estableció que cada par de partículas en el universo se atraen mutuamente. Esta relación la estableció mediante la fórmula de la ley de Gravitación universal.
Newton descubrió la razón por la que la gravedad es diferente en los diferentes cuerpos celestes. Descubre una relación entre la constante de gravitación universal y la gravedad que tiene un cuerpo. Esta relación se define con la siguiente fórmula:
g=G·Me/R^2e
Es decir, que la gravedad de un cuerpo es igual a la constante de gravitación universal por la masa del cuerpo dividida entre el cuadrado del radio del cuerpo. Con esta fórmula Newton descubre que la aceleración de la tierra es de 9,8 m/s^2.
Por esta razón no todos los cuerpos tienen la misma aceleración. La gravedad de la luna por ejemplo, también depende de la constante de gravitación universal, pero a su vez de la masa y del radio.Por eso la gravedad de la luna es ⅙ parte de la de la tierra.
La segunda ley de gravitación universal de Newton dice que la fuerza de la gravedad entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.Es decir:
F=-G· M1M2/r^2
Esto explica por que los cuerpos caen con la misma aceleración cuando están cerca de la superficie de la tierra. Y combinada con la ley de la inercia, explica la órbita de la luna y los movimientos de todos los cuerpos celestes.
10.En la página 112 del libro "De Arquímedes a Einstein" se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. Después de ver el vídeo anterior, ¿estás de acuerdo con esa explicación? ¿es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital? Experimenta con el cañón de Newton para resolver esta cuestión.
Para que una bola orbite alrededor de la Tierra debería tener ser expulsada con una velocidad de 28.000 km/h. Larazón por la cual la bola no cae a la tierra, si no que sigue su órbita es la misma por la cual también lo hace la luna.La luna también está cayendo hacia la Tierra, lo que pasa es que también se mueve lateralmente y la suma de todos estos desplazamientos es la órbita alrededor de la Tierra.
En el libro de “De Arquímedes a Einstein se explica que la razón por la que la Luna no cae sobre la Tierra porque a toda fuerza se le opone una igual pero en sentido opuesto. La fuerza opuesta a la centrípeta que atrae a un cuerpo en órbita, es la centrífuga(la que empuja a un coche hacia fuera en una curva)
Según la tercera ley de Newton, si un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza igual pero puesta sobre el primero. Esto no es compatibles con la explicación que se da con las fuerzas centrípeta y centrífuga. En este caso se esta diciendo que la fuerza de la gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna está contrarrestada con la otro fuerza opuesta que ejerce la Tierra sobre la Luna. Esto no es compatible con la tercera ley de Newton ya que ambas fuerzas están aplicadas sobre un mismo sistema.
La velocidad orbital de un cuerpo es la velocidad que tiene un cuerpo celeste al estar orbitando alrededor de otro cuerpo celeste.
Con una simulación del cañón de Newton vamos a comprobar que pasa con una bola que lanzamos desde un cañón, si variamos su velocidad. Queremos comprobar si llegará a realizar una órbita alrededor de la Tierra, o si conseguirá no caer en ella.
Si le damos una velocidad de 2,000m/s comprobamos que la bola cae en un periodo de tiempo bastante corto:
Si aumentamos la velocidad inicial a 5.000m/s vemos que la bola realiza una órbita alrededor de la Tierra, pero no perfecta. Esto es debido a que la Tierra no es exactamente redonda y el radio no es el mismo en cada punto.
Por último le vamos a dar a la velocidad el valor que Newton había dicho que la bola necesitaría para realizar su órbita alrededor de la Tierra.
Comprobamos que si hacemos esto, la bola sale disparada fuera de la Tierra, con lo cual no realiza ningún tipo de órbita alrededor de esta. Esto se debe a que la gravedad no está atrayendo a la bola con la suficiente fuerza como para contrastar a la velocidad inicial, por lo que la bola sigue su trayectoria inicial( no exactamente ya que la gravedad al fin y al cabo es una fuerza que cambia la trayectoria de la bola).
