Isaac Newton (1642-1727)

Llegiuaquest breu i senzill text sobre la vida i les descobertes de Newton i feu un extracte de les idees més importants pels vostres apunts.

LAS APORTACIONES DE NEWTON Y SU IMPORTANCIA EN EL DESARROLLO DE LA FISICA

sir-isaac-newton-grangerIsaac Newton; matemático, físico y astrónomo ingles, nacido en Woolsthorpe el día de navidad de 1642 y muerto en Londres el 1727, siendo enterrado en el pabellón de los hombres ilustres de la abadía de Westminster.

Se inmortalizó por el descubrimiento de las leyes de la mecánica y la gravitación universal, su explicación de la descomposición de la luz en los diferentes colores, y por sus nobles trabajos relativos al álgebra i la geometría, así como la invención (de forma independiente de Lebnitz) del calculo diferencial.

Estudió en el colegio Trinidad (Trinity College) de la universidad de Cambridge. Siguiendo técnicas de su maestro Barrow, familiarizándose con la geometría de Descartes y la aritmética de Wallis, descubrió el método de las tangentesy el calculo de fluxiones directas e indirectas (nuestras actuales derivadas), así como el teorema del binomio que lleva su nombre.

En 1665 comenzó a pensar sobre la teoría de la gravitación universal, cuando (según la leyenda) le cayó una manzana en su jardín de Woolsthorpe. En 1671 expuso su hipótesis de la composición de la luz blanca, completando de esta forma la explicación dada por Descartes a los fenómenos como el arco iris y la reflexión. En 1675 comunicó a la docta corporación su explicación de los diferentes colores de los cuerpos expuestos a la luz blanca. De la misma forma, dio a conocer la teoría de los colores producidos por la superposición de líneas finas (anillos de Newton). Fue nombrado inspector, y posteriormente director, de la Real Casa de la Moneda, en 1696 y 1699 respectivamente. Seis años mas tarde fue nombrado caballero por la reina Ana.

Newton vino al mundo en una familia de pequeños propietarios de Woolsthorpe, en el condado de Lincolnshire (Inglaterra), antes de su nacimiento ya era huérfano de padre. Su infancia fue marcada por continuas enfermedades, su familia dudaba que sobreviviera muchos años. A esta temprana edad su principal afición era construir sus propios juguetes. A los tres años, su madre se casó de nuevo con un rector, dejando al joven Isaac con sus abuelos. Comenzó a estudiar en dos escuelas de Woolsthorpe, hasta que ingresó con doce años en la escuela de Grantham. No era un gran estudiante, pero un día se peleó con un compañero y decidió adelantarlo en los estudios: consiguió llegar a ser el primero en su clase.

Alrededor de los quince años, volvió a ayudar a la granja materna, por la muerte de su padrastro. Cuando iba a vender al mercado de Grantham, dejaba su trabajo al criado para leer tratados científicos, de no ser por esta picardía la ciencia se echaría a faltar uno sus principales exponentes en toda la historia. El reverendo William Ayscough, tío de Newton y diplomado por el Trinity College de Cambridge, insistió para que se matriculara en Cambridge, donde consiguió el bachillerato en matemáticas, física y geometría (se matriculó de física ya que quería entender los tratados de astrología, que en aquellos tiempos estaba mezclada con la ciencia real). Nuevamente, volvió a la granja materna, asolada por la peste, donde se dice que observó la caída de una manzana a la vez q veía la luna, cosa que le sirvió de inspiración para su famosa teoría de la gravitación universal.

En un principio, no publicó sus resultados dado que no cuadraban con los datos disponibles en la época. Sin embargo, los que estaban equivocados eran los experimentales, cosa que no descubrió hasta años después.

Entre 1656 y 1666 enfocó sus investigaciones a la óptica. Hizo pasar la luz por un pequeño orificio hacia una habitación oscura. Hizo atravesar el haz por un prisma de caras no paralelas, obteniendo una figura similar al arco iris: había demostrado que la luz blanca está compuesta por todos los colores del arco iris. Otro descubrimiento importante en esta época es el telescopio de reflexión axial. Estos descubrimientos fueron compendiados en su primer libro importante, el óptica.

En 1666 aporta a las matemáticas el calculo infinitesimal (que el llamaba cálculo de fluxiones), con la cual cosa se puso al frente de las matemáticas contemporáneas. Este año fue el llamado año milagroso, ya que además de todos estos los descubrimientos ya enumerados realizó la primera formulación de las leyes de la mecánica.

Años posteriores fueron marcados por mejoras intensivas de las técnicas que había ido desarrollando, y culminaron con la publicación el verano de 1687 del libro de ciencia posiblemente más conocido de la historia, los Philosophiae naturalis principia mathematíca (los Principia), donde daba a conocer sus tres leyes para la dinámica, que se pueden resumir de la forma:

Principio de inercia: Un cuerpo en reposo se mantiene en reposo, y un cuerpo en movimiento uniforme se mantiene en movimiento, mientras no sufra la aplicación de ninguna fuerza.

Segunda ley de Newton: Establece que la aceleración sufrida por un cuerpo es proporcional a la resultantes de las fuerzas sobre él aplicadas, siendo la constante de proporcionalidad el recíproco de la masa, . Esta ley establece la primera diferencia entre la masa (cantidad de inercia) y su peso (cantidad de fuerza gravitatoria entre dos cuerpos).

Principio de acción y reacción: Señala que toda fuerza que un cuerpo aplica sobre un segundo siempre va acompañada de una fuerza de igual intensidad, dirección y línea de acción, pero de sentido contrario, que el segundo cuerpo aplica sobre el primero. Este principio es equivalente al principio de conservación de la cantidad de movimiento.

Además, publicaba una relación matemática entre la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos en el espació. Postulaba que dicha fuerza debe ser directamente proporcional al producto de cada masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ambos. Además, la fuerza siempre es atractiva y en la línea que une ambos cuerpos. Esta proporcionalidad se convierte en una igualdad introduciendo la constante de la gravitación universal, G, de forma que podemos escribir de la forma

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esta es la famosa ley de la gravitación universal. A partir de esta ecuación, pudo deducir matemáticamente las órbitas elípticas de Kepler.

La publicación de los «Principia» le conllevó algunas polémicas; Hooke (que ya lo había molestado cuando se publicó el «óptica») le acusó de plagio, cosa que hoy en día pocos historiadores creen posible. Halley apoyó a Newton, aportando dados experimentales que confirmaban las predicciones de la teoría de Newton.

Per què la Lluna no cau sobre la Terra ? O sí que hi  cau ?

1790_newton_principia_01En 1693, hace 310 años, su perro, llamado Diamante, hizo caer una vela sobre unos manuscritos imposibles de rehacer, cosa que lo hizo caer en una depresión que le conllevó graves problemas psicológicos, de los que finalmente pudo salir airoso. En 1699 fue elegido director de la Casa de la Moneda, como premio a su buen hacer como guardián de dicho instituto.

 En 1705 la reina Ana de Inglaterra lo nombró caballero, Sir Isaac Newton, y fue invitado a participar en las sesiones de la cámara de los Lores del parlamento británico. La leyenda cuenta que tan solo pidió la palabra una vez en varios años, cosa que causó gran expectación entre el resto de parlamentarios. Sus palabras fueron algo similar a «¿pueden cerrar la ventana? tengo algo de frío!».

 En sus últimos años sufrió una piedra en la vesícula, que lo llevó a la muerte el veinte de marzo de 1727. Parece ser que no sufrió demasiado, hasta el último día hizo vida normal. Hoy en día descansa en la abadía de los hombre míticos de Westminster. El epitafio que reza en su tumba, redactado por Fatio, es el siguiente:

 «Felicitaros los mortales que tal y tan grande adorno del género humano haya existido.»

Efecte Doppler – EXPLICACIÓ

Font: Shahen Hacyan

La llum igual que el so també és una ona i encara que diferent, el comportament és similar. La llum que es dirigeix cap a l’observador  (equivalent al so agut d’abans) és més blavosa, i la que se n’allunya és més vermellosa (equivalent al so greu). Edwin Hubble (el famós astrònom) s’adonà que la llum procedent de totes les galàxies era vermella, la qual cosa volia dir que les galàxies s’estaven allunyant de nosaltres.

Llegeix el següent article sobre l’explicació d’aquest fenomen. (De Joan Català a “100 qüestions sobre l’Univers”)

Física de partícules

La física de partícules és un dels camps més nou i més apassionant de la física que està completament fora dels objectius d’aquesta matèria. No obstant en aquesta pàgina hi ha una informació molt clara que us pot ajudar a entrar en el tema. Adjuntem aquí un requadre amb les partícules fonamentals. Les  de la primera columna s’anomenen de primera generació perquè són les primeres que es van descobrir. Amb pocs anys se n’han descobert moltes més…

Partícules fonamentals descobertes fins ara.

 

Composició d’un protó i un neutró.

Els estels i la seva evolució – LLEGEIX

Aquest apartat del temari el farem a partir de la lectura i treball de cinc articles del llibre “100 qüestions d’astronomia” de Jordi Aloy. Caldria que cadascú en fes lectura i omplís la taula que trobareu en aquest document:

Taula. Versió docx

Taula. Versió pdf

Cal lliurar l’activitat al classroom de la matèria

Article 1: Què són les estrelles ?
En aquest article hauries de descobrir el concepte de plasma, què significa que una estrella és estable i si el nostre Sol ho és.

Article 2: Les estrelles neixen, viuen i moren ?
En aquest hauries de trobar quins factors desencadenen la formació d’una estrella, de què depèn la longevitat d’una estrella, quan mor, si totes moren de la mateixa manera, i finalment per què és tant important que les més massives morin de la manera que ho fan.

Article 3: De què estan fetes les estrelles ?
En aquest cas, el que es tracta que trobis és com ho han fet els científics per conèixer quins són els elements majoritaris de cada estrella. Si llegeixes amb atenció s’entén molt bé.

Article 4: Com podem determinar la distància a les estrelles ?
Cal que entenguis bé el concepte de paral·laxi. Fes la prova de tancar i obrir els ulls que se’t proposa a l’article i ho entendràs perfectament.

Fisió i fusió nuclear – OBSERVA

Les següents imatges il·lustren el procés de fisió i fusió nuclear

 

Comparació entre els dos processos
Detall de la fusió nucelar

 

Llegeix l’article: “Quanta energia pot generar una estrella ? “ de Joan Català.

 

 

Planetes i estrelles a escala – OBSERVA

A continuació adjuntem un parell d’ imatges ben simples però ben didàctiques per fer-se una idea de les dimensions relatives entre els planetes.

Dimensions relatives dels planetes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El video comença amb una imatge de Mercuri i van apareixent els altres planetes del sistema solar i algunes estrelles. Us adonareu que el Sol, no deixa de ser una etrelleta del més vulgar.


Forats negres

Què és un forat negre?

Un lloc de l’espai d’on res no pot escapar, ni tan sols la llum.

Per què no totes les estrelles es converteixen en forats negres?

Només formen forats negres les estrelles molt massives. Quan esgoten el seu combustible al final de la seva vida, col·lapsen sobre si mateixes de forma catastròfica i imparable i en la seva caiguda formen un pou a l’espai: un forat negre.

Si no són tan massives, la matèria de la qual estan fetes pot detenir el col·lapse i formar una estrella moribunda que amb prou feines brilla: una nana blanca o una estrella de neutrons.

Quants tipus hi ha?

Els forats negres es distingeixen per la seva mida. Els estel·lars són els que tenen masses comparables a la del Sol i radis de desenes o centenars de quilòmetres.

Aquells les masses dels quals són milions o fins a milers de milions de vegades la massa del Sol, són els forats negres supermassius dels nuclis de les galàxies.

També és possible que existeixin – però encara no els hem detectat – forats negres intermedis, de centenars de milers de masses solars, i forats negres primordials, formats al començament de l’Univers, amb masses que podrien ser molt petites.

Per què res no pot escapar-se d’un forat negre?

La força de la seva gravetat és tan forta que ni tan sols la llum pot escapar-se de la seva atracció. I si la llum, que és allò que més ràpid viatja en el nostre Univers no pot sortir-ne, llavors res no podrà fer-ho.

Poden estar ubicats a qualsevol lloc de l’Univers?

Sí. Creiem que a la majoria de les galàxies hi ha un forat negre supermassiu al seu centre i centenars de milers de forats negres estel·lars.

El forat negre conegut més pròxim a la Terra es troba a uns 3.000 anys-llum de nosaltres.

Què és l’horitzó de successos?

La vora del forat negre, el límit més enllà del qual és impossible veure res, ni escapar-se d’ell si un el travessa.

Qui són els científics que més han contribuït a saber sobre els forats negres?

Albert Einstein va formular la teoria que els prediu, encara que ell mai no va arribar a entendre’ls ni acceptar-los. Karl Schwarzschild va ser el primer a trobar una solució de les equacions d’Einstein que descriu un forat negre (si bé ell va morir abans que això s’entengués).

John Wheeler els va popularitzar i els va donar el nom més encertat de la història de la física. Stephen Hawking va descriure les seves propietats i ens va deixar una paradoxa en intentar conjugar els forats negres amb la física quàntica.

La primera fotografia d’un forat negre