Fisika: Grabitazioa, Elektromagnetismoa eta Fisika Modernoa

Keplerren legeak eta planeten higidura

Lehenengo legea: Orbita eliptikoak

Planetak Eguzkiaren inguruan biraka ari dira orbita eliptikoak deskribatuz, eta Eguzkia elipsearen foku batean kokatuta dago. Planetak Eguzkiraino duen distantzia minimoari perihelioa esaten diogu, eta Eguzkiraino duen distantzia maximoari afelioa.

Bigarren legea: Azaleren legea

Planeta batek Eguzkiarekin lotzen dituen lerro zuzenak azalera berdinak ekortzen ditu denbora-tarte berdinetan. Planeta Eguzkitik urruti dagoenean bere abiadura motelagoa da, eta Eguzkitik hurbilago dagoenean bere abiadura bizkorragoa da.

Hirugarren legea: Periodoen legea

Planeta bakoitzak orbita osatzeko behar duen periodoaren karratua (T²) orbitako ardatzerdi handiaren (a) kuboarekiko proportzionala da: T² = K · R³.

Hirugarren legearen froga

Grabitazio unibertsalaren legetik abiatuta, hirugarren legea froga daiteke. Edozein satelitek, planeten inguruan orbita zirkularrak deskribatzerakoan, ibilbidearekiko perpendikularra den indar baten eraginpean egon behar du. Indar honek, planetaren erakarpen grabitatorioak, azelerazio normal baten bidez satelitearen abiaduraren norabidea eraldatzen du.

Coulomben legea eta eremu elektrikoa

Coulomben legea

Geldiunean dauden bi karga elektriko puntualek, karga horien arteko biderkadurarekiko zuzenean proportzionala den eta karga horien arteko distantziaren berbidurarekiko alderantziz proportzionala den indarrarekin erakartzen edo aldaratzen dute elkar.

Eremu elektrikoaren kontzeptua

Indar elektrikoa urrutiko indarra denez, eremu elektrikoa deituriko eremu bektoriala defini daiteke. Eremu elektrikoa geldiunean dagoen karga elektriko batek inguruko espazioan sortzen duen perturbazioa da. Karga guztiek sortuko dute perturbazio bat espazioan; bigarren karga batek perturbazio hori jasan egingo du, eta bi kargen artean eratzen den eremuaren arteko interakzioak indar bat sortzen du.

Karga puntual batek sortutako eremua

Q karga batek P puntuan sorturiko eremu elektrikoa kalkulatzeko, P puntuan probazko q karga jarriko dugu, Coulomben legearen arabera Q kargak q kargari egiten dion indarretik abiatuta.

Indar-lerroak

Indar-lerroak ezin dira elkarrekin gurutzatu; puntu bakoitzetik indar-lerro bakarra igaro daiteke. Eremu-bektorea indar-lerroarekiko ukitzailea da puntu bakoitzean, eta hauen norabidea eta noranzkoa eremu elektrikoaren berdina da. Eremu-lerroa zuzena denean bakarrik dator bat karga positibo baten ibilbidearekin.

Efektu fotoelektrikoa

Gainazal metaliko batzuk argiaren eraginpean jartzean (argi ikusgaia edo ultramorea), gainazal horiek elektroiak igortzen dituzte (fotoelektroi izenekoak). Fenomeno horri efektu fotoelektrikoa deritzo.

Fisika klasikoak azaldu ezin dituen fenomenoak

• Emisioa edo igorpena f maiztasuna maiztasun minimo bat (f₀) baino handiagoa denean gertatzen da soilik.
• Igorritako elektroien kopurua argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.
• Igorritako elektroien energia zinetikoa orduan eta handiagoa da, zenbat eta handiagoa izan erradiazio erasotzailearen maiztasuna.

Einsteinen teoria kuantikoa

Einsteinen teoriak erantzuna eman zien ikuspuntu klasikotik azalpenik ez zuten alderdiei:

• Elektroi bat erauzteko behar den energia minimoa W₀ denez, fotoiak energia hau eman behar dio gutxienez elektroiari: hf = W₀.
• Erradiazioaren maiztasuna f₀ baino txikiagoa bada, ezin izango da fotoelektroirik erauzi.
• Argiaren intentsitatea handiagoa bada, fotoien kopurua handiagoa izango da, eta beraz, fotoelektroien kopurua ere bai; baina horrek ez du aldarazten fotoi bakoitzaren energia (hf).

Fisio nuklearra

Erreakzio nuklearrean, nukleo astun bat neutroiz bonbardatuz, nukleo hori zatitu eta bi nukleo arin sortzen dira. Prozesu honetan neutroiak eta energia kantitate handia askatzen dira (adibidez, Uranio-235 isotopoan).

Aktibazio-energia eta kontrola

Fisioan sortzen diren produktuak jatorrizko nukleoa baino egonkorragoak dira. Hala ere, fisio-prozesua gauzatzeko nahitaezkoa da aktibazio-energia bat. Prozesu hau bi modutara gerta daiteke:

• Prozesu kontrolatua: Zentral nuklearretan neutroiak xurgatzeko materialak erabiltzen dira leherketa ekidinez.
• Ez-kontrolatua: Erreakzioa leherketa modura burutzen da, neutroiak xurgatzeko elementurik gabe.

Masa-galera eta lotura-energia

Fisio-erreakzioan gertatzen den masa-galeraren ondorioz, galtzen den masa hori energia bihurtzen da Einsteinen ekuazioaren arabera: E = Δm · c². Nukleoiek bere masaren parte bat galtzen dute nukleoa eratzean; diferentzia horri masa-galera deritzo: Δm = (Z·m_p + (A-Z)·m_n) - M_n.

Newtonen grabitazio unibertsalaren legea

Unibertsoko gorputz guztiek elkar erakartzen dute, beren masen biderkadurarekiko zuzen proportzionala eta beren arteko distantziaren berbidurarekiko alderantziz proportzionala den indar batekin: F = G · M·m / r².

• Urrutiko indarrak: Gorputzak ez dira kontaktuan egon behar eragina sentitzeko.
• Indar zentripetua: Planeten higiduran, erakarpen-indarrak indar zentripetuaren lana egiten du.
• Akzio-erreakzioa: Masa batek beste bati indarra eragitean, bigarrenak lehenengoari indar bera eragiten dio, baina aurkako noranzkoan.

Eremu fisikoak eta intentsitatea

Eremu fisiko bat espazioko eremu bat da, non puntu bakoitzari magnitude fisiko bat (eskalarra zein bektoriala) ezar diezaiokegun. Grabitazio-eremua gorputz guztiek inguruko espazioan sortzen duten perturbazioa da.

Masa puntual baten grabitazio-eremua

Masa puntualak sortzen duen eremuak norabide erradiala du eta beti masarantz bideratzen da. Gainezarte-printzipioaren arabera, hainbat masaren eremua masa bakoitzak sortutako eremuen batura bektoriala da. Masa esferikoa bada, kanpoaldeko eremua zentroan kokatutako puntu material baten berdina izango da.

Indar kontserbakorrak eta energia potentziala

Indar bati kontserbakorra esaten diogu A puntutik B puntura partikula bat eramateko egiten duen lana ibilbidearen araberakoa ez denean. Kasu honetan, eremuak egindako lanak energia potentzialaren aldakuntzaren aurkako balioa hartzen du. Ibilbide itxi batean, indar kontserbakorrek egindako lana nulua da.

Energia potentzial grabitatorioa

Bi masa puntualen arteko energia potentziala kalkulatzeko, infinitutik r posiziora ekartzeko egindako lana hartzen da kontuan. Energia potentziala beti negatiboa izango da, bi masak hurbiltzean energia potentziala txikitu egiten delako. Masak infinituki urrunduta daudenean soilik izango da energia potentziala zero.