Física Fundamental: Fuerzas, Leyes de Movimiento y Modelos Cosmológicos

Características y Leyes Fundamentales de la Física

Este documento explora conceptos esenciales de la física, desde las propiedades de las fuerzas gravitatorias hasta las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos celestes y terrestres, así como los modelos cosmológicos históricos.

Fuerzas Gravitatorias

Características de la Fuerza Gravitatoria

• Son siempre atractivas y se presentan de dos en dos.
• Todos los cuerpos que tienen masa están sometidos a ellas.
• Se aplican en el centro de gravedad de cada cuerpo.
• La dirección está determinada por la recta que une los centros de gravedad de los cuerpos.
• La intensidad (módulo) se calcula mediante la Ley de la Gravitación Universal.
• Ambas fuerzas tienen el mismo módulo, misma dirección y sentidos contrarios.
• Excepto en cuerpos de masa grande, la fuerza es débil.

Ley de la Gravitación Universal

Esta ley establece que una partícula de masa M1 ejerce una fuerza de atracción sobre otra de masa M2, que es directamente proporcional al producto de las dos masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Fuerza Gravitacional (Terrestre)

La Fuerza Gravitacional es la fuerza con la cual la Tierra atrae a los cuerpos con masa.

Leyes del Movimiento Planetario y Terrestre

Leyes de Kepler

Las leyes de Kepler describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol:

1. Los planetas se mueven alrededor del Sol y describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno de los focos.
2. El radio que une un planeta con el Sol barre áreas equivalentes en tiempos iguales.
3. Para cualquier planeta, el cuadrado del periodo (T) del movimiento de un planeta alrededor del Sol es directamente proporcional al cubo de su distancia media (r) al Sol. Fórmula: T² = k * r³, donde k es una constante igual para todos los planetas.

Leyes de Newton del Movimiento

Las tres leyes de Newton son fundamentales para comprender la dinámica de los cuerpos:

• Primera Ley (Ley de la Inercia)

  "Todo cuerpo preserva su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él."

  Ejemplo: Una rana sentada sobre una hoja permanece en reposo a menos que una fuerza actúe sobre ella.

• Segunda Ley (Ley de la Dinámica)

  Si una fuerza neta es aplicada a un objeto, la velocidad del objeto cambiará (dado su dirección o rapidez).

  Ejemplo: Un hombre que hace esquí acelera debido a la fuerza neta aplicada. Fórmula: F = m * a (Fuerza = masa * aceleración).

• Tercera Ley (Ley de Acción y Reacción)

  Para cada acción hay una reacción igual y en sentido opuesto.

Modelos Cosmológicos Históricos

• Modelo Geocéntrico

  Creado por Aristóteles (384 a.C.) y perfeccionado por Ptolomeo (siglo II d.C.). Postula la Tierra (geo) en el centro del universo.

• Modelo Heliocéntrico

  Propuesto por Aristarco de Samos (280 a.C.). Sitúa al Sol (helio) en el centro del sistema solar.

Otras Fuerzas Fundamentales

• Fuerza Normal (N)

  Es la fuerza que ejerce la superficie de soporte de un cuerpo sobre este. En superficies horizontales sin otras fuerzas verticales, N = P (Peso).

• Fuerza Centrípeta (F_c)

  Es la fuerza que se aplica a un cuerpo para que siga una trayectoria circular. Fórmula: F_c = (masa × velocidad²) / radio.

• Fuerza de Fricción (F_fr)

  Es la fuerza que aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos y se opone al movimiento de estos. Fórmula: F_fr = µ × N (donde µ es el coeficiente de fricción).

• Fuerza Elástica (F_e)

  Es la fuerza restauradora de un cuerpo elástico deformado, directamente proporcional a la deformación aplicada. Fórmula: F_e = k · ∆x (Ley de Hooke, donde k es la constante elástica y ∆x la deformación).

• Peso (P)

  Es la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre un cuerpo. Fórmula: P = m × g (masa × aceleración de la gravedad).

• Tensión (T)

  Es la fuerza que un cable o cuerda estira en cualquiera de sus extremos cuando está bajo carga.