El sist solar y la ley de gravitacion universal

El sistema solar y la ley de gravitación universal
Fecha: 17/08/2010
Ficha de trabajo
Título: El sistema solar y la ley de gravitación universal
Área: Física
Nivel: Escuelas medias
La descripción del movimiento de los astros es un problema que interesó a la humanidad desde hace miles de años, y la fascinante historia de cómo evolucionó el conocimiento en esta área es un ejemplo concretomuy instructivo para que los alumnos aprecien los diferentes métodos que se utilizan en ciencia para comprender los fenómenos naturales.
Los primeros modelos fueron geocéntricos, basados en observaciones del movimiento relativo de los astros alrededor de la Tierra. N. Copérnico fue uno de los primeros en proponer un modelo heliocéntrico, que fue tomado posteriormente por Galileo. Basándose encuidadosas observaciones astronómicas realizadas principalmente por T. Brahe, J. Kepler enunció las tres leyes que llevan su nombre, y que establecen que las órbitas planetarias son aproximadamente elípticas (con el Sol en uno de los focos de la elipse), que los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales, y encontró una relación precisa entre el período de la órbita y el tamaño de la misma.Años después, I. Newton descubrió la famosa ley de gravitación universal, a partir de la cual fue posible deducir todas las características mencionadas anteriormente, y establecer su rango de validez.
Más aún, a partir de desviaciones en las trayectorias de planetas conocidos, se descubrió la existencia de otros planetas desconocidos hasta el momento. También fue posible describir lastrayectorias de los cometas, y en particular predecir el acercamiento periódico a la Tierra de muchos de ellos. En 1915, Einstein propuso su Teoría General de la Relatividad, en la cual reformuló la interacción gravitacional como una propiedad geométrica del espacio tiempo. A partir de la misma se calcularon pequeñas desviaciones a las trayectorias de los planetas, que no pueden explicarse en el marco de lafísica Newtoniana.
Las actividades propuestas en este recurso tienen como objetivos principales:
1. Que los alumnos tengan un panorama histórico de la descripción del movimiento planetario
2. Que conozcan los órdenes de magnitud de distintos parámetros del sistema solar
3. Que “descubran” las leyes de Kepler utilizando simulaciones numéricas, y que discutan detalladamente su rango de validez4. Que comprendan, en situaciones simplificadas, cómo la ley de gravitación universal permite deducir dichas leyes
5. Que reúnan información acerca del rango de validez de la teoría Newtoniana
Las actividades tienen un nivel de complejidad variado y podrán realizarse de manera cualitativa en el caso en que el nivel del curso así lo requiera)
Actividad 1: Un poco de historia
Se sugiere quegrupos de dos o tres alumnos busquen información acerca de los siguientes personajes históricos, poniendo especial énfasis en la relevancia que tuvieron en la descripción del movimiento planetario
• Platón
• Aristarco de Samos
• C. Ptolomeo
• N. Copérnico
• Galileo Galilei
• T. Brahe
• J. Kepler
• I. Newton
• P. Laplace
• A. Einstein
Es interesante plantear un debate acerca de lasdescripciones geocéntricas y heliocéntricas (notar que a nivel cinemático ambas descripciones son igualmente válidas, sin embargo, cuando se quiere describir la dinámica es extremadamente más sencilla la descripción heliocéntrica).
A continuación, se propone investigar a partir de qué época se fueron observando y/o descubriendo los distintos componentes del sistema solar (planetas y sus satélites,asteroides, cometas, etc) ¿Es siempre necesaria la observación del cuerpo para que sea descubierto?
Actividad 2: Principales características del sistema solar
Una vez familizarizados con los distintos componentes del sistema solar, se propone estudiar algunas de sus características. Utilizando la hoja de cálculo de OpenOffice, se sugiere armar una tabla de datos similar a la que se muestra a...