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Los astros en el firmamento1
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO
La posición de los astros se describe como si estuvieran situados en la superficie de una esfera imaginaria, denominada esfera celeste, en cuyo centro estaría situada la Tierra
El firmamento es la bóveda celeste sobre la que aparentemente están situados los astros
La observación de las estrellas, el Sol y la Luna originó la primera ciencia exacta: la astronomía
Una constelación es una agrupación de estrellas que representan una figura determinada y que vista desde la Tierra, mantiene su posición constante a lo largo de miles de años
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Se utilizan para localizar un punto sobre la esfera celeste. Son la declinación y la ascensión recta
El eje de rotación de la Tierra corta a la esfera celeste en dos puntos llamados polos celestes, y el ecuador celeste es la circunferencia correspondiente al círculo máximo de la esfera perpendicular al eje
Eclíptica es la trayectoria aparente que sigue el Sol a lo largo del año sobre la esfera celeste. Los puntos de corte entre la eclíptica y el ecuador celeste se denominan equinoccio de primavera y equinoccio de otoño
Coordenadas celestes
Constelaciones de estrellas2
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Las estrellas aparecen en el firmamento agrupadas en constelaciones
Estas agrupaciones son aparentes y se representan en mapas celestes
Las observaciones astronómicas permiten fijar el calendario y predecir los eclipses y las posiciones de los cuerpos celestes
Constelación de la Osa Mayor vista desde la Tierra
Constelación de Leo
0 50 15025 75 100 125 175 200 Años luz
El problema de la posición de la Tierra en el universo
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El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Para un observador en la Tierra, todos los astros de la bóveda celeste dan un giro completo cada día alrededor del eje celeste que pasa por los polos
Las estrellas mantienen posiciones fijas en la bóveda y completan una vuelta cada 24 horas. Su trayectoria aparente es una circunferencia
Los astrónomos observaron que los planetas no mantienen sus posiciones fijas respecto de las estrellas, sino que se mueven entre ellas. Es el llamado fenómeno de la retrogradación de los planetas
En determinadas posiciones de su trayectoria, el planeta cambia el sentido de su movimiento y describe un bucle antes de continuar el movimiento en el sentido inicial
Fotografía fija del firmamento durante varias horas. Las estrellas describen circunferencias
La concepción del universo de Aristóteles
La concepción aristotélica4
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Distingue dos regiones en el universo: la inferior, terrestre o sublunar y la superior o celeste
En la región terrestre, la Tierra, ocupa el centro del universo
- Todos los cuerpos terrestres están constituidos por la combinación de 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego
La región celeste, rodea a la terrestre, y está compuesta por esferas concéntricas transparentes que giran en torno al centro del universo
- En cada esfera está situado un cuerpo celeste, la Luna, Venus, etc, y en la última esfera están todas las estrellas en posiciones fijas
El sistema geocéntrico de Ptolomeo5
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
En el siglo II C Ptolomeo sitúa a la Tierra en el centro del universo, y describe los movimientos de los astros con un sistema de referencia fijo en ella
El Sol describe una órbita circular en torno a la Tierra con un período de un día, y las estrellas son puntos brillantes en una esfera hueca que gira en torno a a la Tierra cada día
El movimiento planetario se describe mediante la composición de dos movimientos: uno de ellos es una órbita circular llamada epiciclo, alrededor de un punto C, y el otro que describe a su vez otra órbita circular cuyo centro es la Tierra
El Sol sale, se mueve por el cielo y se pone cada día; la Tierra ocupa una posición central. Permite explicar la trayectoria de las estrellas y predecir sus posiciones
También explica la retrogradación de un planeta
El sistema geocéntrico
Planeta
Tierra
Sol
C
El sistema heliocéntrico de Copérnico6
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
En el siglo XVI Nicolás Copérnico sitúa al Sol en el centro del universo, y la Tierra y los planetas describen órbitas circulares en un mismo plano en torno a él
La Tierra tiene un movimiento de rotación sobre su propio eje que dura un día
La trayectoria de un planeta se explica tomando como sistema de referencia la Tierra; la retrogradación es un efecto visual debido a la posición del observador
El sistema heliocéntrico de Copérnico
Saturno
Mercurio
TierraVenus
Marte Júpiter
Sol
Las leyes de Kepler7
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Primera ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, que está situado en uno de los focos de la elipse
Las elipses descritas por los planetas son casi circulares, y se podría suponer que son circunferencias con centro en el Sol
Segunda ley de Kepler: El vector de posición de un planeta con respecto al Sol, barre áreas iguales en tiempos iguales
Tercera ley de Kepler: El cuadrado del periodo de revolución de cualquier planeta es proporcional al cubo de la distancia del planeta al Sol: T2 = k. r3 donde k es una constante de proporcionalidad igual para todos los planetas
Primera ley de Kepler
Sol
Planeta
Segunda ley de Kepler
AfelioPerihelioSol
La teoría de la gravitación universal8
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Dos cuerpos de masas m1 y m2, y
separados una distancia r, interaccionan de manera que se atraen mutuamente con fuerzas proporcionales al producto de sus masas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que les separa
221
2112r
mmGFF
La interacción gravitatoria tiene las siguientes características:
El valor de las fuerzas que aparecen es:
La dirección en la que actúan es la de la recta que une los centros de ambas masas
Su sentido es siempre de atracción: la fuerza que actúa sobre un cuerpo está dirigida hacia el otro cuerpo
La constante de proporcionalidad, G, se denomina constante de gravitación universal y en el Sistema Internacional de Unidades tiene el valor:
2
2
kg
mNG = 6,67·10-11
Las fuerzas gravitatorias son de pequeña intensidad excepto cuando la masa de uno o de los dos cuerpos que interaccionan es grande
m1 m2
r
F 1,2
F 2,1
El peso de los cuerpos9
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Un cuerpo cualquiera de masa m, situado sobre la superficie terrestre, se ve sometido a una fuerza gravitatoria en la dirección del radio terrestre y hacia el centro de la Tierra de valor:
2T
T
R
mMGF
2
2411
6370000
m.10 · 98,51067,6F
kg/N8,96370000
10 · 98,51067,6Como
2
2411
La fuerza que la Tierra ejerce sobre los cuerpos situados cerca de su superficie se denomina peso del cuerpo y se calcula multiplicando su masa expresada en kg por 9,8 N/kg. Este valor se escribe con la letra g
Peso = m g
Este valor de g se conoce con el nombre de aceleración de la gravedad terrestre, ya que todos los cuerpos que caen libremente, lo hacen con la misma aceleración, 9,8 m/s2 y “hacia abajo”, en la dirección del radio de la Tierra y hacia su centro
F = m . 9,8
El sistema solar y sus componentes10
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
El sistema solar lo forman una sola estrella, el Sol, y una serie de cuerpos que giran alrededor de él, principalmente planetas, satélites, asteroides y cometas. Todos ellos brillan por la luz reflejada procedente del Sol y difieren enormemente entre sí por su tamaño, distancia al Sol y otras características
Los planetas son los cuerpos de mayor tamaño que orbitan en torno a Sol y alrededor de algunos de ellos orbitan a su vez los satélites
Los asteroides son cuerpos de tamaño inferior a 1 000 kilómetros de diámetro que describen órbitas alrededor del Sol. La mayoría se encuentran entre las órbitas de Marte y Júpiter, en el llamado cinturón de asteroides. A veces colisionan entre sí, cambiando su órbita. Los que caen sobre la Tierra se denominan meteoritos
Los cometas son pequeños cuerpos (de pocos kilómetros de diámetro) que describen órbitas muy excéntricas alrededor del Sol y que sólo son visibles cuando están próximos a él
Radio(km)
Masa(x1024 kg)
DistanciaSol
(x106 km)
Excen-tricidad
Períodorevolución
(años)
Periodorotación
Nº saté-lites
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutón
Los planetas: distancias al Sol y sus períodos orbitales
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El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
2420,6 0,35 58 0,21 0,24 58,6 días 0
6051,5 4,90 108 0,007 0,62 243 días 0
6370 5,98 150 0,017 1 1 día 1
3376,1 0,66 228 0,09 1,88 1 día 37 min 2
71344 1901,6 780 0,05 11,86 9 h 50 min 16
59878 568,1 1427 0,05 29,46 10 h 16 min 17
25352,6 87,3 2870 0,05 84,01 15 h 34 min 15
24269,7 102,9 4500 0,01 164,79 18 h 26 min 8
1528,8 0,02 5900 0,25 246,68 6,4 días 1
Eje de rotación de la Tierra y plano de la eclíptica
Variación de la posición del eje de
rotación de la Tierra
Una peonza que gira
Movimientos de la Tierra y la Luna12
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
La Tierra tiene dos movimientos principales, uno de traslación alrededor del Sol en el que invierte 365 días y otro de rotación alrededor de su eje cada 24 horas
La Luna también tiene dos movimientos principales, uno de traslación alrededor de la Tierra y otro de rotación sobre su propio eje, siendo ambos periodos iguales y de 27,3 días. Por este motivo desde la Tierra, siempre se ve la misma cara de la Luna
PolarPolar Polar
Tierra Tierra
Sol
23º 23º
Fenómenos asociados a los movimientos de la Tierra y la Luna
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El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
El movimiento de rotación de la Tierra es la causa de la duración del día y de la sucesión de los días y las noches
También es la causa de que un observador fijo en la Tierra vea girar cada día la bóveda celeste y todos los astros. El movimiento aparente de los astros es una consecuencia de la rotación terrestre
El movimiento de traslación terrestre ha llevado a considerar el año como unidad natural para medir el tiempo
Los principales fenómenos asociados a los movimientos de la Tierra y de la Luna son:
- Las estaciones
- Las fases de la Luna
- Los eclipses se Sol y de Luna
Las estaciones en el hemisferio norte y la diferente duración de los días y las noches
Las estaciones14
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
La inclinación del eje de rotación terrestre respecto del plano de la eclíptica produce el fenómeno de las estaciones y la diferente duración de los días y las noches
Según la posición de la Tierra en su órbita, los rayos del Sol inciden sobre la superficie terrestre con distinta inclinación. En verano inciden casi perpendicularmente, y en invierno de modo muy oblicuo
Cuando en el hemisferio norte es verano, en el sur es invierno, y viceversa
El tiempo de exposición al sol (día), es mayor en verano que en invierno
Otoño
Primavera
VeranoInvierno
Las fases de la Luna15
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Debido al movimiento de translación de la Luna, la cara lunar visible desde la Tierra puede estar total o parcialmente iluminada por el Sol
Debido al movimiento de translación de la Luna, la cara lunar visible desde la Tierra puede estar totalmente iluminada por el Sol (dando lugar al la fase de luna llena), totalmente oscurecida (luna nueva) o parcialmente iluminada (luna creciente y luna menguante)
Cuarto menguante
Cuarto creciente
Luna llena
Luna nuevaSol
Los eclipses16
El universo y el movimiento de los astros
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Se producen por las distintas posiciones relativas del Sol, de la Tierra, y de la Luna en determinadas ocasiones. Cada año hay entre 2 y 7 eclipses
En el eclipse de Sol, la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra
En el eclipse de Luna, la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna
Eclipse parcial
Eclipse total
Eclipse total
Eclipse parcial
Eclipse penumbral
El universo. Métodos de estudio17
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Vehículo sobre la superficie de Marte
RadiotelescopioEl telescopio Hubble, en
órbita fuera de la atmósfera
Los astros emiten radiaciones electromagnéticas, parte de ellas llegan a la Tierra. Esta es la única forma de obtener información sobre ellos y por tanto, de estudiarlos
La atmósfera absorbe parte de dicha radiación que llega a la Tierra; por eso es mejor situar los detectores de ondas electromagnéticas fuera de la atmósfera: satélites artificiales, lanzadoras espaciales y estaciones espaciales
Para el estudio del sistema solar también se utilizan sondas espaciales. Marte se está estudiando mediante vehículos robot que se mueven sobre su superficie y envían información a la Tierra
Vistas lateral y superior de la Vía Láctea
Sol
Sol
Diversos tipos de galaxias. La vía Láctea tiene forma espiral
Componentes del universo18
El universo y el movimiento de los astros
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Las galaxias son agrupaciones de miles de millones de estrellas y además de ellas hay materia interestelar
La galaxia de Andrómeda, situada a dos millones de años
luz de la Tierra
La nebulosa de Orión
60000 años luz30000 años luz
Espiral Elíptica Esferoidal Irregular
Escalas y distancias en el universo19
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Un año luz es la distancia recorrida por la luz en un año; equivale aproximadamente a 9,5 billones de kilómetros
Para medir distancias en el universo, el kilómetro e incluso la unidad astronómica son unidades muy pequeñas
100 000 años luz 1018 km
Mil millones de años luz 1022 km
Diez millones de años luz 1020 km
1000 años luz 1016 km
Evolución del universo
Origen y evolución del universo20
El universo y el movimiento de los astros
Física y Química 4º ESO8
Gran explosión
Hace 15000 millones de años
Formación de galaxias
Formación de estrellas en la galaxia
Hace 10000 millones de años
Formación de la Tierra
Hace 5000 millones de años
Vida en la Tierra
Hace 2000 millones de años
Aparición del hombre
Época actual
Futuro
