Leyes de Kepler, Newton, Principio de Arquímedes y Teoría Cinética: Conceptos Fundamentales de Física

Leyes de Kepler

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

• Primera ley: 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.
• Segunda ley: El vector posición de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
• Tercera ley: El cuadrado del periodo de revolución de un planeta es proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol: T² = kr³, siendo k una constante para todos los planetas. Esto también se puede expresar como: T₁² / T₂² = R₁³ / R₂³

Newton y la Ley de Gravitación Universal

Newton se dio cuenta de que los cuerpos en el universo se rigen por las mismas leyes que los cuerpos de la Tierra. Estableció que dos masas cualesquiera se atraen con una fuerza que:

• Es universal.
• Se presenta siempre en parejas.
• Es siempre una fuerza atractiva.

Ley de la Gravitación Universal: Dos cuerpos de masa M y m, separados por una distancia r, se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

F = G * (M * m) / r², donde G es la constante de gravitación universal.

Peso de un Cuerpo

El peso de un cuerpo es la fuerza con la que la Tierra atrae a ese cuerpo. Está dirigida hacia el centro de la Tierra y aplicada en un punto llamado centro de gravedad del cuerpo.

Fluidos

Un fluido es un cuerpo cuyas partículas cambian de posición con facilidad. Los líquidos y los gases son fluidos.

Diferencias entre Sólido, Líquido y Gas según la Teoría Cinética

• Sólido: Sus partículas están fuertemente unidas, por eso mantiene su forma y su volumen, independientemente del recipiente en el que se encuentre.
• Líquido: Sus partículas están más unidas que las de los gases, pero menos que las de los sólidos. Su forma se adapta al recipiente, pero su volumen no cambia.
• Gas: Las fuerzas que unen sus partículas son débiles. Su forma y volumen coinciden con la del recipiente.

Principio de Arquímedes

Al introducir un cuerpo en un líquido, se desplaza un volumen del líquido igual al volumen introducido. El cuerpo pesa menos cuando está dentro del líquido. Esto se debe a que aparece una fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba, denominada empuje. "Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del líquido desalojado".

Cálculo de las Fuerzas de Empuje

Para calcular las fuerzas de empuje, debemos conocer el peso real del cuerpo y su peso aparente:

E = P_real - P_aparente

El empuje depende de:

• El volumen del líquido desalojado, es decir, del volumen del sólido que se introduce.
• La densidad del fluido.

El empuje no depende de la masa del cuerpo que se sumerge.

E = P_{líquido desplazado} = m_{líquido desplazado} * g = V_líquido * D_líquido * g