Modelos astronómicos: de Ptolomeo a la ley de gravitación de Newton

Modelo Geocéntrico

La hipótesis más simple para explicar los movimientos celestes era considerar que la Tierra era inmóvil y fija. Modelos desarrollados por Aristóteles y Ptolomeo establecían que la Tierra era el centro del universo y los demás astros giraban en torno a él.

Características del Modelo Geocéntrico

• Cuatro tipos de astros: Sol, Luna, cinco planetas y estrellas.
• El Sol sale por el este, cruza el cielo y se pone por el oeste.
• Los planetas describen trayectorias circulares alrededor de la Tierra.
• La Luna presenta fases y también se mueve de este a oeste.
• Las estrellas parecen moverse durante la noche.

Modelo Heliocéntrico

Debido a la influencia del cristianismo, la teoría geocéntrica perduró hasta la llegada de Nicolás Copérnico, quien expuso la hipótesis de que la Tierra gira sobre su eje en un día, y que esta y los planetas se mueven alrededor del Sol.

Postulados de Copérnico

1. El Sol es el centro del universo.
2. El único cuerpo que gira alrededor de la Tierra es la Luna.
3. Los planetas giran en torno al Sol con órbitas circulares y a la misma velocidad.
4. La Tierra no está en reposo, sino que gira sobre sí misma, lo que produce la alternancia del día y la noche.
5. Las estrellas son objetos distantes que permanecen fijos.

Contribuciones Clave a la Astronomía

Galileo Galilei

Defendía el modelo heliocéntrico de Copérnico y construyó el telescopio, con el que realizó distintas observaciones que apoyaron esta teoría.

Johannes Kepler: Las Tres Leyes del Movimiento Planetario

1. Los planetas tienen una trayectoria elíptica.
2. Se mueven más o menos rápido según la distancia respecto al Sol. Cuanto más cerca, más rápido.
3. Existe una relación entre el tiempo que tarda un planeta en describir una órbita completa y su distancia al Sol.

Ley de Gravitación Universal de Newton

Entre dos cuerpos existe una fuerza de atracción que es directamente proporcional a las masas (a mayor fuerza, mayor masa) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (a mayor distancia, menor fuerza).

La fórmula de la fuerza gravitatoria es:

$$F = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{d^2} \quad (N)$$

Donde $G$ es la constante de gravitación universal: $G = 6.67 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2$.

Conceptos Relacionados con la Fuerza

Peso

El peso se calcula como: $Peso = m \cdot g \quad (N)$. Es importante recordar que el peso es diferente en distintos puntos del universo, no la masa. Hay más fuerza gravitatoria en los polos.

Nota: Un dinamómetro mide fuerza y peso.

El Movimiento de Caída Libre

El movimiento de caída libre de dos cuerpos es rectilíneo y acelerado. Sobre ellos actúa una única fuerza en la misma dirección del movimiento: la fuerza de atracción gravitatoria.

Fuerza Gravitatoria y las Mareas

Las mareas son causadas por la fuerza gravitatoria que ejerce la Luna sobre la Tierra, lo que provoca la subida y bajada del nivel del mar.

Fuerza Centrípeta

La fuerza centrípeta es la responsable del movimiento circular y está dirigida hacia el centro de la circunferencia. La fuerza gravitatoria actúa como fuerza centrípeta en el movimiento orbital de los planetas.