domingo, 20 de abril de 2008

Gravitación Universal!

Gravitación Universal!


Un momento culminante en la historia de la Física fue el descubrimiento realizado por Isaac Newton de la Ley de la Gravitación Universal: todos los objetos se atraen unos a otros con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros. Al someter a una sola ley matemática los fenómenos físicos más importantes del universo observable, Newton demostró que la física terrestre y la física celeste son una misma cosa. El concepto de gravitación lograba de un solo golpe:
- Revelar el significado físico de las tres leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.
- Resolver el intrincado problema del origen de las mareas
- Dar cuenta de la curiosa e inexplicable observación de Galileo Galilei de que el movimiento de un objeto en caída libre es independiente de su peso.

La constante de la gravitación que aparece en la teoría newtoniana de la gravitación puede calcularse midiendo la fuerza de atracción entre dos objetos de un kilogramo cada uno separados por un metro de distancia. Su valor numérico en el Sistema Internacional de Unidades (SI) :


Sólo se sabe con certeza que son correctas las tres primeras cifras decimales: se trata de una de las constantes físicas que han sido determinadas con menor precisión. Esto ocasiona dificultades a la hora de medir con precisión la masa de los diferentes cuerpos del Sistema Solar, como el Sol o la Tierra.
El experimento de la balanza de torsión o experimento de Cavendish constituyó la primera medida de la constante de gravitación universal y, por ende, a partir de la Ley de gravedad de Newton y las características orbitales de los cuerpos del Sistema Solar, la primera determinación de la masa de los planetas y del Sol.
Una versión inicial del experimento fue propuesta por John Michell, quien llegó a construir una balanza de torsión para estimar el valor de la constante de gravedad. Sin embargo, murió en 1783 sin poder completar su experimento y el instrumento que había construido fue heredado por Francis John Hyde Wollaston, quien se lo entregó a Henry Cavendish.
Cavendish se interesó por la idea de Michell y reconstruyó el aparato, realizando varios experimentos muy cuidadosos con el fin de determinar G. Sus informes aparecieron publicados en 1798 en la Philosophical Transactions de la Royal Society. El valor que obtuvo para la constante de gravitación difería del actual en menos de un 1%.
El instrumento construido por Cavendish consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies de longitud en cuyos extremos se encontraban dos esferas metálicas. Esta vara colgaba suspendida de un largo hilo. Cerca de las esferas Cavendish dispuso dos esferas de plomo de unos 175 kg cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza produciendo un pequeño giro sobre esta. Para impedir perturbaciones causadas por corrientes de aire, Cavendish emplazó su balanza en una habitación a prueba de viento y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un telescopio.


G, la constante de gravitación universal, no debe ser confundida con g, letra que representa la intensidad de campo gravitatorio terrestre.


La gravitación universal y la tercera ley de Newton

Teniendo en cuenta la tercera ley de Newton, la masa m1 también será atraída por la masa m2 con una fuerza del mismo valor, aplicada en la misma dirección y con sentido opuesto. Aunque las fuerzas tienen el mismo módulo y dirección, y sentidos opuestos, no se compensan entre sí porque están aplicadas sobre cuerpos distintos.

La intensidad de la fuerza gravitatoria depende linealmente de la masa de cada uno de los cuerpos: si duplicamos la masa de uno de los cuerpos, el valor de la fuerza gravitatoria se multiplica por dos; si triplicamos la masa, la fuerza se multiplica por tres; etc.

Por eso es necesario que al menos la masa de uno de los dos cuerpos que interaccionan sea enorme para que al menos podamos observar sus efectos.

Solamente la Tierra, sobre la que vivimos, tiene una masa suficientemente grande como para que percibamos en nuestro entorno los efectos de la gravitación. Todos los objetos a su alrededor, mucho menos masivos que ella, caen hacia la superficie de la Tierra, atraídos por nuestro planeta.





Medición reciente
En el número del 5 de enero de 2007 de la revista Science, en la página 74, hay un informe llamado Atom Interferometer Measurement of the Newtonian Constant of Gravity (Medición de la Constante Gravitacional Newtoniana por un Interferómetro Atómico) de J. B. Fixler, G. T. Foster, J. M. McGuirk, y M. A. Kasevich, en el que aparece una descripción de una nueva forma de medición de G. En el extracto, ellos dicen " Aquí, reportamos un valor de G = 6.693 x 10 –11 metros cúbicos por kilogramo y por segundo al cuadrado, con un error estándar del ±0.027 x 10 –11 metros cúbicos por kilogramo y por segundo al cuadrado, y un error sistemático de ±0.021 x 10 –11 metros cúbicos por kilogramo y por segundo al cuadrado."



La ley de superposición
Pensemos en un sistema formado por tres cuerpos. La ley de la gravitación universal nos dice que cada uno atrae a los otros dos y es atraído por ellos. ¿Cuál es el efecto global de la gravitación sobre cada uno de los tres cuerpos? La respuesta es sencilla. La fuerza total que se ejerce sobre, por ejemplo, el cuerpo 1 es la suma vectorial de la fuerza que el cuerpo 2 ejercería sobre el 1 si el 3 no estuviera presente y de la fuerza que el cuerpo 3 ejercería sobre el 1 si el 2 no estuviera.

La fuerza gravitatoria que un cuerpo ejerce sobre otro no se modifica por la presencia de un tercero. Este hecho fundamental se conoce como ley de superposición de las fuerzas gravitatorias.



miércoles, 16 de abril de 2008

Teoría da relatividade.


Con este nombre englobanse doús grupos diferentes de investigación en ciencias fisicas, Relatividade espacial e relatividade Xeral, xa que os dous están conectadas cos descubrimentos do físico Albert Einstein.






A teoría da Relatividade de Einstein xurdiu deste feito:


Supostamente as leis do movemento establecidas xa por Newton hacia o 1680, dicían que dous o máis movementos sumanse dacordo coas regras da aritmética elemental.


Entón, se un rapaz tira dende un tren que pasa a nosa carón unha pelota a 20 km/ h na dirección do movemento do tren. Esta pelota, para o neno, movese a 20 km/h , pero para nos o movemento do tren mais o da pelota súmanse, de modo que a pelota moverase a velocidade de 40 km/h.


Isto demostra que non se pode falar da velocidade a secas, xa que esta poderiase decir que é relativa. O importa, é a velocidade con respecto a un observador particular.


Einsten o que fixo foi demostrar que o que funciona para pelotas (( ou para calquer outro tipo de obxeto)) non funciona para a luz. E decir, este home demostrou que a luz é a única constante no universo, todo o demais varía según o marco de referencia do observador.


¿ E como chego a esta conclusión?


Pois nun principio el pensou que só habería dúas posibilidades respecto a velocidade da luz, unha que esta propagarase a favor do movemento terrestre (( nese caso iría moito maís rapido que no outro, xa que outra forza axudaríalle no seu movemento )) ou a outra que sería, en contra deste movemento.


Pero tras unha serie de medicións moi especificas, descubriu que a luz non variaba de ningunha maneira, fose cal fose a natureza do movemento da fonte que emitía a luz.


Isto indicaba que a luz en calquera circunstancia que se encontrara, sempre tería a mesma velocidade (( 299.793 km/s )).


Pero Einsten non se quedou ahí, se no que a parte asegurou que para explicar esta constancia da luz, había que aceptar tamén unha serie de conceptos un pouco inimaginables.


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Por exemplo, esta teoría sostén que o tempo non é absoluto, se non que varía.. Isto é, o tempo de un obxeto visto por un observador externo pasa máis lentamente a medida que aumenta o seu movemento lineal.


Isto demostrouse con reloxes átomicos sincronizados, e foi o propio Einsten o que propuso a paradoxa dos xemelgos; un home viaxa ao espacio casi a velocidade da luz, deixando na Terra o seu irmán xemelgo. Ao volver na Terra pasarán 50 anos, pero para o viaxeiro só 20.





Tamén que os obxetos tiñan que acortarse na dirección do movemento, canto maior fora a velocidade, ata chegar aun punto no que a lonxitude fose nula no limite da velocidade da luz.


Outro fenómeno era, que a masa dos obxetos no movemento tiña que aumentar canto maior fora a velocidade deste, ata chegar a facere infinita no limite da velocidade da luz. Tamén que a masa era equivalente a unha certa cantidade de enerxía, e a enerxía era igual a unha certa cantidade de masa.


Grazas a isto resolveu moitos problemas que preocuparán aos cientificos nese momento, e conseguiu a ecuación : E = mc2, na que dí que a enerxía é igual a masa pola velocidade da luz ao cuadrado.


Hai que decir que os cambios preditos por Einsten só se notan cando ocurren grandes velocidades; como poden ser nas partículas subatómicas. E tamén , que se está teoría non fose acertada, por ejemplo, as bombas atómicas non explotarían e tamén certas obsevacións astronómicas serían imposibles de facer.

lunes, 7 de abril de 2008

Propulsión a chorro!

Propulsión a chorro!

La propulsión es un sistema capaz de imprimir velocidad creciente o aceleración a un cuerpo, mediante la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran velocidad.

Un ejemplo sencillo de propulsión a chorro es el movimiento de un globo hinchado cuando se deja salir el aire repentinamente. Mientras se mantiene cerrada la abertura, la presión del aire en el interior del globo es igual en todas direcciones; cuando se suelta la boca, la presión interna que experimenta el globo es menor en el extremo abierto que en el extremo opuesto, lo que hace que el globo salga despedido hacia adelante.



Un motor a reacción no funciona de forma tan sencilla como un globo, aunque el principio básico es el mismo. Más importante que la diferencia de presiones resulta la aceleración a altas velocidades del chorro que sale del motor. Esto se consigue en el motor mediante fuerzas que permiten al gas fluir hacia atrás formando un chorro. La segunda ley de Newton demuestra que estas fuerzas son proporcionales al incremento del momento lineal del gas por unidad de tiempo. En un motor a reacción, este incremento está relacionado con el flujo de masa multiplicado por la velocidad de salida del chorro. La tercera ley de Newton, que afirma que toda fuerza genera una reacción igual y opuesta, exige que la fuerza hacia atrás esté equilibrada por una reacción hacia adelante, conocida como empuje. Este empuje es similar al retroceso de un arma de fuego, que aumenta cuando se incrementa la masa del proyectil, su velocidad inicial, o ambas. Por ello, los motores de gran empuje requieren un elevado flujo de masa y unas altas velocidades de salida del chorro. Esto sólo puede conseguirse aumentando las presiones internas del motor e incrementando el volumen del gas por medio de la combustión.




Los dispositivos de propulsión a chorro se emplean sobre todo en aviones de alta velocidad y gran altitud, en misiles o en cohetes y naves espaciales. La fuente de potencia es un combustible de alta energía que se quema a grandes presiones para producir el elevado volumen de gas necesario para una alta velocidad de salida del chorro. El oxidante necesario para la combustión puede ser el oxígeno del aire, que se fuerza a entrar en el reactor y posteriormente se comprime; también puede transportarse el oxidante en el vehículo, de forma que el reactor no tenga que estar rodeado por una atmósfera. Entre los motores que dependen de la atmósfera para el suministro de oxígeno están los turborreactores, los turboventiladores, las turbohélices, los estatorreactores y los pulsorreactores. Los motores no atmosféricos suelen llamarse motores cohete.





Pero no solamente el ser humano se aprovecha de este principio en aplicaciones técnicas como los aviones o los cohetes, el calamar, por ejemplo, desplazase mediante esta propulsión, expulsando chorros de agua al medio que lo rodea.


{que mono el bichito eh! =)}