Interacción gravitatoria

Nota:

• Iniciaremos el tema con el estudio CONCEPTUAL, donde se presentará el test de ideas previas y se plantearán y discutirán cuestiones básicas, eliminando mitos y errores de la cultura popular. Después se abordarán los temás teóricos: estudios CINEMÁTICO, DINÁMICO y ENERGÉTICO. Como complemento y cierre se realizará un trabajo práctico de laboratorio: la medida de la constante de la gravitación universal mediante el empleo de la balanza de Cavendish. Esta parte de la unidad didáctica es FUNDAMENTAL, dado que condensa todos los conocimientos en la experiencia directa.

1. Tipo de estudio
   1. DINÁMICO
      1. Ley de la Gravitación Universal

         Nota:

         • Ley debida a sir Isaac Newton. Como debate inicial, se comentará el carácter fundamental de la interacción, la pretendida unificación de las interacciones físicas y la supuesta igualdad entre la masa inercial y gravitatoria. Como apoyo se recomendarán varias lecturas, que el profesor subirá al Aula Virtual de la UPCT.
         1. Fuerzas centrales

            Nota:

            • A partir de la fuerza gravitatoria se analizarán las fuerzas de carácter central (por ejemplo la electrostática). Se incidirá en aquéllas que producen órbitas cerradas.
      2. Campo gravitatorio

         Nota:

         • Se discutirá el concepto de campo, y se presentará una introducción a la teoría de campos desde el punto de vista matemático.
         1. Masas puntuales
            1. ¿Es suficiente para calcular cualquier campo?
         2. Distribuciones continuas

            Nota:

            • Una de las partes más importantes del tema. Se analizará la expresión integral del campo gravitatorio, para cualquier distribución de masa. Este contenido provoca una mayor divergencia con las ideas previas del alumnado.
   2. CINEMÁTICO

      Nota:

      • Este estudio se emplea para calcular matemáticamente el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.
      1. Momento angular

         Nota:

         • Definición y propiedades. Aplicación al movimiento planetario.
         1. Constante del movimiento planetario

            Nota:

            • Compatible con la segunda ley de Kepler
            1. ¿Qué implica la conservación del momento angular?
      2. Leyes de Kepler

         Nota:

         • Tres leyes, enunciadas por Johannes Kepler, entre 1609 y 1618. Inicialmente no tenían la forma que actualmente poseen. Se discutirá tal punto. Se denominan: 1. Ley de las órbitas (cualitativa). 2. Ley de las áreas (cuantitativa). 3. Ley de los períodos (cuantitativa).
         1. Tercera ley de Kepler
            1. ¿Tuvo influencia sobre la ley de la gravitación de Newton?
   3. ENERGÉTICO
      1. Trabajo

         Nota:

         • Se generalizará el concepto previo de los alumnos referido a masas puntuales. Para ello se definirá el trabajo como la integral de línea de la fuerza gravitatoria, que conecta con el concepto matemático de circulación (introducido en la teoría de campos). A partir de ello se estudiarán las fuerzas conservativas.
         1. Fuerzas conservativas
      2. Energía potencial
      3. Potencial gravitatorio

         Nota:

         • Extendido a distribuciones de masas continuas.
         1. ¿Conexión con el campo gravitatorio?
   4. PRÁCTICO
      1. Experiencia: Balanza de Cavendish

         Nota:

         • La experiencia de laboratorio puede durar varios días. Se planteará el montaje en un entorno aislado en el laboratorio. Únicamente es necesario revisar el montaje de vez en cuando. Cuando se recojan los datos se analizarán en una sesión extra, en un viernes destinado a actividades CUD en la AGA.
         • El guión de prácticas se subirá al Aula Virtual de la UPCT. Los alumnos, como trabajo autónomo, deberán leer, interpretar y crear un plan de trabajo para la realización de la práctica. Esta labor es posible debido a que ya poseen entrenamiento previo con las restantes sesiones de laboratorio pertenecientes a la asignatura.
   5. CONCEPTUAL
      1. Test de ideas previas