Leyes de Kepler, Gravitación Universal y Conceptos de Termodinámica

Leyes de Kepler

Las leyes de Kepler describen la cinemática del sistema solar. Proporcionan una descripción simple y exacta de los movimientos de los planetas, pero no explican las causas o fuerzas que los producen. La solución a este problema la daría Isaac Newton.

1. Los planetas se mueven en una trayectoria elíptica, en uno de cuyos focos se encuentra el Sol.
2. Una línea recta trazada desde el Sol hasta un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
3. El cuadrado de la duración del año de cada planeta (período) es proporcional al cubo del radio de su órbita (r³/T² = constante).

Ley de Gravitación Universal

La ley de gravitación universal, formulada por Newton, establece que todos los cuerpos del universo se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Características de la fuerza gravitacional

• Siempre es atractiva.
• Es una fuerza muy débil.
• No depende del medio en el que se encuentran los cuerpos.
• Es universal.

Fórmula: F = G · m·m¹/r²

Esta ley explica fenómenos como:

• La caída y el peso de los cuerpos.
• El movimiento de los satélites.
• Las mareas.
• El movimiento de los cometas.

Energía

Energía Cinética

La energía cinética es la capacidad para efectuar un trabajo por medio del movimiento y depende de la masa del cuerpo y de su velocidad.

Fórmula: E_c = 1/2 · m · v²

Energía Potencial Gravitatoria

La energía potencial gravitatoria equivale al trabajo que se realiza para elevar un cuerpo hasta una determinada altura.

Fórmula: E_p = m · g · h

Principio de la Conservación de la Energía Mecánica

Si sobre un cuerpo las únicas fuerzas que actúan son el peso y la fuerza elástica, su energía mecánica permanece constante.

Calor y Temperatura

El calor es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos en contacto.

Fórmula: E = m · c · (t₂ - t₁)

La capacidad calorífica específica o calor específico (C) de un cuerpo es la energía necesaria para elevar un grado la temperatura de 1 kg de masa de dicho cuerpo.

El calor latente de cambio de estado (L) es la cantidad de energía térmica que se transfiere a un kilogramo de masa de una sustancia pura para cambiar de estado, a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estado.

Presión

La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa; es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.

Fórmula: p = F/S

Un pascal es la presión que ejerce la fuerza de un newton en una superficie de un metro cuadrado. 1 Pa = 1 N/m²

Presión Hidrostática

Un líquido ejerce fuerzas perpendiculares sobre las superficies que están en contacto con él.

La presión hidrostática es originada por el propio peso del líquido. Sus características son:

1. La presión en el interior de un líquido actúa en todas las direcciones.
2. La presión es mayor cuanto mayor sea la profundidad.
3. La presión es mayor cuanto mayor sea la densidad del líquido.
4. La presión no depende de la forma ni de la anchura del recipiente.

Fórmula: P = D · g · h

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

Fórmula: Peso aparente = Peso real - Empuje

Ecuaciones

• Gravitación universal: F = G · m · m¹/r²
• Presión: P = F/S
• 1 Pa = 1 N/m²
• Presión hidrostática: P = D · g · h
• Principio de Arquímedes: P_aparente = P_real - Empuje