Grado 9
  1. Mechanics  1.1. Movimiento  1.1.1. Tipos de movimiento  1.1.2. Distancia y desplazamiento  1.1.3. Velocidad y Rapidez  1.1.4. Aceleración  1.1.5. Representación gráfica del movimiento  1.1.6. Ecuaciones de movimiento  1.1.7. Movimiento uniforme y no uniforme  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Velocidad relativa  1.1.10. Movimiento circular  1.2. Leyes de la fuerza y el movimiento  1.2.1. El concepto de fuerza  1.2.2. La primera ley del movimiento de Newton  1.2.3. Segunda ley del movimiento de Newton  1.2.4. Tercera ley del movimiento de Newton  1.2.5. Inercia y tipos de inercia  1.2.6. Movimiento  1.2.7. Conservación del momento  1.2.8. Aplicación de las leyes de Newton en la vida diaria  1.2.9. Tipos de Fuerzas (Contacto y No Contacto)  1.2.10. Fricción y sus efectos  1.3. Fuerza gravitacional  1.3.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.3.2. Importancia de la Fuerza Gravitacional  1.3.3. Aceleración debido a la gravedad  1.3.4. Caída libre e ingravidez  1.3.5. Masa y peso  1.3.6. Variación de g con altura y profundidad  1.3.7. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.3.8. Satélites y sus órbitas  1.4. Trabajo, Energía y Potencia  1.4.1. Concepto de trabajo  1.4.2. Acciones positivas y negativas  1.4.3. Trabajo realizado por fuerza constante y variable  1.4.4. Energía y sus formas  1.4.5. Energía cinética y energía potencial  1.4.6. La ley de conservación de la energía  1.4.8. Unidad comercial de energía  1.4.9. Teorema trabajo-energía  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Ventaja mecánica  1.5.3. Eficiencia de la máquina  1.5.4. Palancas y sus tipos  1.5.5. Poleas y planos inclinados  1.5.6. Engranajes y sus usos
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólidos, líquidos y gases  2.1.2. Propiedades de los diferentes estados de la materia  2.1.3. Cambio en el estado de la materia  2.1.4. Plasma y condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidad y presión  2.2.1. Concepto de densidad y densidad relativa  2.2.2. Presión en sólidos, líquidos y gases  2.2.3. La ley de Pascal y sus aplicaciones  2.2.4. Presión atmosférica y sus variaciones  2.2.5. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  2.3.1. Fuerza de flotación  2.3.2. Principio de Arquímedes  2.3.3. Aplicaciones del Principio de Arquímedes  2.3.4. objetos que flotan y se hunden  2.3.5. Teoría de la Flotación y el Principio de Arquímedes
  3. Calor y Termodinámica  3.1. Temperatura y calor  3.1.1. Concepto de calor y temperatura  3.1.2. Medición de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conducción del calor  3.2.2. Convección del calor  3.2.3. Radiación de calor  3.2.4. Aplicaciones de la transferencia de calor  3.2.5. Conductividad térmica  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Expansión de sólidos, líquidos y gases  3.3.2. Expansión anómala del agua  3.3.3. Aplicaciones de la expansión térmica  3.4. Capacidad calorífica específica y calor latente  3.4.1. Concepto de capacidad calorífica específica  3.4.2. Medición y aplicaciones del calor específico  3.4.3. Calor latente de fusión y vaporización  3.4.4. Motores de calor y eficiencia
  4. Ondas y sonido  4.1. Ondas y sus tipos  4.1.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinales y Transversales  4.1.3. Propiedades de las ondas  4.1.4. Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda  4.1.5. Superposición de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Naturaleza y transmisión del sonido  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Reflexión del sonido y eco  4.2.4. Sonar y ultrasonido  4.2.5. Resonancia y pulsación  4.3. Características del sonido  4.3.1. Intensidad, volumen y calidad del sonido  4.3.2. Efecto Doppler en el sonido
  5. Iluminación y Óptica  5.1. Reflexión de la luz  5.1.1. Leyes de la reflexión  5.1.2. Reflexión desde un espejo plano  5.1.3. Reflexión en un espejo esférico  5.1.4. Formación de imágenes por espejos cóncavos y convexos  5.1.5. Aplicaciones de la Reflexión  5.2. Refracción de la luz  5.2.1. Leyes de la refracción  5.2.2. Índice de refracción  5.2.3. Refracción a través de una lámina de vidrio  5.2.4. Refracción en el agua y el aire  5.2.5. Lentes y sus tipos  5.2.6. Formación de imágenes por lentes convexas y cóncavas  5.2.7. Reflexión interna total y sus aplicaciones  5.3. Dispersión y dispersión de la luz  5.3.1. Espectro de la luz blanca  5.3.2. Prismas y Dispersión  5.3.3. Efecto Tyndall y cielo azul
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Carga eléctrica y electricidad estática  6.1.1. El concepto de carga eléctrica  6.1.2. Carga por fricción, contacto e inducción  6.1.3. Electroscopio y su funcionamiento  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. El concepto de corriente eléctrica  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Factores que afectan la resistencia  6.2.4. Circuitos en Serie y Paralelo  6.2.5. Heating effect of electric current  6.2.6. Potencia y energía eléctricas  6.3. Magnetismo  6.3.1. Imanes naturales y artificiales  6.3.2. Propiedades de los imanes  6.3.3. Magnetismo de la Tierra  6.3.4. Campo magnético y líneas de campo  6.3.5. Electroimanes y sus aplicaciones
  7. Física Moderna  7.1. estructura del átomo  7.1.1. Estructura Atómica y Partículas Subatómicas  7.1.2. Electrones, Protones y Neutrones  7.1.3. Modelo de Rutherford y Bohr  7.2. Radiactividad  7.2.1. Tipos de emisiones radiactivas  7.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  7.2.3. Usos y Peligros de la Radiactividad
  8. Ciencia espacial y astronomía  8.1. El universo y sus componentes  8.1.1. Estrellas y galaxias  8.1.2. Planetas y Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturales y artificiales  8.2.2. Uso de satélites

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Satélites y sus órbitas


Los satélites son objetos que orbitan un planeta o estrella. En nuestra vida diaria, los satélites realizan muchas funciones, como ayudarnos a pronosticar el clima, proporcionar direcciones a través de GPS, transmitir señales de televisión y mucho más. Comprender cómo se mueven los satélites implica entender sus órbitas, que están regidas por las leyes de la gravedad en la física.

Comprendiendo las clases

La órbita es el camino que sigue un objeto cuando se mueve alrededor de otro objeto debido a la gravedad. El movimiento de un satélite alrededor de un planeta puede entenderse a partir de las leyes de la gravedad y el movimiento. Comencemos con algunos conceptos básicos:

La gravedad es la fuerza que atrae a dos objetos entre sí. La fuerza gravitacional entre dos objetos depende de sus masas y la distancia entre ellos. Se puede describir por la ley de gravitación universal de Newton:

        F = G * (m1 * m2) / r^2
    F = G * (m1 * m2) / r^2

Dónde:

  • F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos.
  • G es la constante gravitacional, aproximadamente (6.674 times 10^{-11} , text{Nm}^2/text{kg}^2).
  • m 1 y m 2 son las masas de los dos objetos.
  • r es la distancia entre los centros de los dos objetos.

Tipos de clases

Órbitas circulares

Una órbita circular es aquella en la que el satélite se mueve alrededor del planeta a una velocidad constante en un camino circular. Para una órbita circular, la fuerza gravitacional proporciona la fuerza centrípeta necesaria para mantener al satélite en movimiento. La fórmula para la fuerza centrípeta es:

        F_c = (m * v^2) / r
    F_c = (m * v^2) / r

Dónde:

  • F c es la fuerza centrípeta.
  • m es la masa del satélite.
  • v es la velocidad del satélite.
  • r es el radio de la órbita.

Para un satélite que se mueve en una órbita circular, la fuerza gravitacional es igual a la fuerza centrípeta:

        G * (m e * m) / r^2 = (m * v^2) / r
    G * (m e * m) / r^2 = (m * v^2) / r

donde m e es la masa de la Tierra, y podemos resolver para la velocidad del satélite v:

        v = sqrt(G * m e / r)
    v = sqrt(G * m e / r)

Órbitas elípticas

Una órbita elíptica es un camino en forma de óvalo. La mayoría de los satélites naturales, como la Luna, siguen caminos elípticos. La primera ley del movimiento planetario de Kepler establece que los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol en uno de los focos. De manera similar, un satélite se mueve en una órbita elíptica con el planeta en uno de los focos.

Elementos orbitales

Se utilizan varios elementos para definir el tamaño y la forma de una órbita:

  • Eje semimayor (a): El radio más largo de la elipse, que representa la mitad del diámetro más largo.
  • Excentricidad (e): Esto mide qué tanto se desvía una órbita de ser circular. Una órbita circular tiene una excentricidad de 0, mientras que una excentricidad cercana a 1 indica una órbita altamente alargada.
  • Inclinación (i): El ángulo entre el plano orbital y el plano ecuatorial del planeta.

Comprender las órbitas geoestacionarias

La órbita geoestacionaria es una órbita alta de la Tierra que permite a los satélites igualar la rotación de la Tierra. Ubicados aproximadamente a 35,786 kilómetros sobre el ecuador de la Tierra, los satélites siguen un período orbital igual al período de rotación de la Tierra, 24 horas. Cuando una órbita geoestacionaria justo sobre el ecuador parece estacionaria en relación con la superficie terrestre, se llama órbita geosíncrona.

Movimiento orbital

La velocidad de un satélite en órbita depende de la atracción gravitatoria del planeta y la altitud de la órbita. Para una órbita circular, la velocidad se puede calcular utilizando:

        v = sqrt(G * m e / r)
    v = sqrt(G * m e / r)

Veamos un ejemplo: Si un satélite está a 300 km por encima de la superficie de la Tierra, donde el radio de la Tierra es de aproximadamente 6371 km, calcule su velocidad orbital. Sustituyendo los valores:

        r = 6371 km + 300 km = 6671 km = 6.671 x 10 6 mv = sqrt((6.674 x 10 -11 Nm 2 /kg 2) * (5.972 x 10 24 kg) / (6.671 x 10 6 m))
    r = 6371 km + 300 km = 6671 km = 6.671 x 10 6 mv = sqrt((6.674 x 10 -11 Nm 2 /kg 2) * (5.972 x 10 24 kg) / (6.671 x 10 6 m))

Después de realizar los cálculos, la velocidad orbital estimada es de aproximadamente 7.8 km/s.

Factores que afectan las órbitas de los satélites

Varios factores afectan las órbitas de los satélites:

  • Gravedad: La fuerza principal que afecta la órbita. Diferentes gravedades de los planetas significan diferentes órbitas para los satélites.
  • Resistencia atmosférica: Cuando los satélites pasan a través de las capas superiores de la atmósfera de un planeta, encuentran resistencia, ralentizándolos.
  • Presión de radiación solar: Los fotones del Sol pueden empujar a los satélites, cambiando ligeramente su camino.

Desajustes o pequeños cambios causados por estos factores pueden requerir ajustes utilizando propulsores a bordo para mantener las órbitas deseadas.

Conclusión

Comprender las órbitas de los satélites implica comprender el equilibrio de fuerzas que actúan sobre los satélites y asegurar que sigan los caminos deseados alrededor de planetas o estrellas. Aplicaciones como GPS, comunicaciones y pronósticos del clima dependen en gran medida de nuestro conocimiento de las órbitas en la mecánica. La armonía de las fuerzas gravitacionales y la mecánica involucrada aseguran que estos satélites realicen sus funciones de manera eficiente.


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