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16.B: Algunas ecuaciones y constantes

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    129687
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    Constantes Físicas

    Tabla B.1: Constantes físicas
    Nombre Símbolo Valor
    Velocidad de la luz \(c\) \(3.00 \cdot 10^8 m/s\)
    Cargo elemental \(e\) \(1.60 \cdot 10^{-19} C\)

    Masa de electrones

    \(m_e\) \(9.11 \cdot 10^{-31} kg = 0.511 MeV/c^2\)
    Masa protónica \(m_p\) \(1.67 \cdot 10^{-27} kg = 938 MeV/c^2\)
    Constante gravitacional \(G\) \(6.67 \cdot 10^{-11} N \cdot m^2 /kg^2\)
    Aceleración gravitacional \(g\) \(9.81 m/s^2\)
    Constante de Boltzmann \(k_B\) \(1.38 \cdot 10^{-23} J/K\)
    Constante de Planck

    \(h\)

    \(\hbar = h /2 \pi\)

    \(6.63 \cdot 10^{-34} J \cdot s\)

    \(1.05 \cdot 10^{-34} J \cdot s\)

    Momentos de inercia

    Cuadro B.2: Momentos de inercia, todo sobre ejes de simetría a través del centro de masa.
    Objeto Momento de inercia
    Stick delgado (largo L) \(\frac{1}{12} M L^2\)
    Anillo de cilindro hueco (radio R) \(M R^2\)
    Disco o cilindro sólido (radio R) \(\frac{1}{2} M R^2\)
    Esfera hueca (radio R) \(\frac{2}{3} M R^2\)
    Esfera sólida (radio R) \(\frac{2}{5} M R^2\)
    Rectángulo (tamaño\(a \times b\)), eje perpendicular \(\frac{1}{12} M (a^2 + b^2)\)
    Rectángulo (tamaño\(a \times b\)), eje paralelo al lado b \(\frac{1}{12} M a^2\)

    Objetos del Sistema Solar

    Cuadro B.3: Características del Sol, la Tierra y la Luna.
    Sun Tierra Luna
    Masa (kg) \(1.99 \cdot 10^{30}\) \(5.97 \cdot 10^{24}\) \(7.35 \cdot 10^{22}\)
    Radio medio (m) \(6.96 \cdot 10^{8}\) \(6.37 \cdot 10^{6}\) \(1.74 \cdot 10^{6}\)
    Periodo (s) orbital

    \(6 \cdot 10^{15}\)

    (200 Mi)

    \(3.16 \cdot 10^{7}\)

    (365.25 días)

    \(2.36 \cdot 10^{6}\)

    (27.3 días)

    Radio orbital medio (m) \(2.6 \cdot 10^{20}\) \(1.50 \cdot 10^{11}\) \(3.85 \cdot 10^{8}\)
    Densidad media (kg/m 3) \(1.4 \cdot 10^{3}\) \(5.5 \cdot 10^{3}\) \(3.3 \cdot 10^{3}\)
    Cuadro B.4: Propiedades de varios objetos del sistema solar. Los radios y masas ecuatoriales se comparan con los de la Tierra (ver Cuadro B.3). Las propiedades orbitales están alrededor de las primarias (el sol para planetas (enanos), el planeta para lunas). Radios orbitales y periodos para planetas nuevamente en comparación con la Tierra, para lunas en kilogramos y días. Periodo de rotación para todos los objetos en días. Inclinación e inclinación axial en grados. Datos de las hojas informativas planetarias de la NASA [31].
    Nombre Símbolo Radio ecuatorial Masa Radio medio de la órbita Periodo orbital Inclinación Excentricidad orbital Periodo de rotación Lunas confirmadas Inclinación axial
    Mercurio mercury.PNG 0.382 0.06 0.39 0.24 3.38 0.206 58.64 0 0.04
    Venus venus.PNG 0.949 0.82 0.72 0.62 3.86 0.007 -243.02 0 177.36
    Tierra earth.PNG 1 1 1 1 7.25 0.017 1 1 23.44
    Luna moon.PNG 0.272 0.0123 384399 27.32158 18.29-28.58 0.0549 27.32158 0 6.68
    Marte mars.PNG 0.532 0.107 1.52 1.88 5.65 0.093 1.03 2 25.19
    Ceres 0.0742 0.00016 2.766 4.599 10.59 0.08 0.3781 0 4
    Júpiter jupiter.PNG 11.209 317.8 5.2 11.86 6.09 0.048 0.41 69 3.13
    Io 0.285 0.015 421600 1.769 0.04 0.0041 1.769 0 0
    Europa 0.246 0.008 670900 3.551 0.47 0.009 3.551 0 0
    Ganímedes 0.423 0.025 1070400 7.155 1.85 0.0013 7.155 0 0
    Callisto 0.378 0.018 1882700 16.689 0.2 0.0074 16.689 0 0
    Saturno saturn.PNG 9.449 95.2 9.54 29.46 5.51 0.054 0.43 62 26.73
    Titan 0.404 0.023 1221870 15.945 0.33 0.0288 15.945 0 0
    Urano uranus.PNG 4.007 14.6 19.22 84.01 6.48 0.047 -0.72 27 97.77
    Oberon 0.119 0.00051 583519 13.46 0.1 0.0014 13.46 0 0
    Neptuno neptune.PNG 3.883 17.2 30.06 164.8 6.43 0.009 0.67 14 28.32
    Tritón 0.212 0.00358 354759 5.877 157 0.00002 5.877 0 0
    Plutón pluto.PNG 0.186 0.0022 39.482 247.9 17.14 0.25 6.39 5 119.59
    Caronte 0.095 0.00025 17536 6.387 0.001 0.0022 6.387 0 desconocido
    Haumea 0.13 0.0007 43.335 285.4 28.19 0.19 0.167 2 desconocido
    Makemake 0.11 desconocido 45.792 309.9 28.96 0.16 desconocido 1 desconocido
    Eris 0.18 0.0028 67.668 557 44.19 0.44 desconocido 1 desconocido

    Ecuaciones

    B.4.1 Derivados vectoriales

    Gradiente:

    \ [\ nabla f (\ negrita {r}) =\ nabla f (x, y, z) =\ left (\ begin {array} {c}
    \ parcial_ {x} f\\
    \ parcial_ {y} f\\
    \ parcial_ {z} f
    \ end {array}\ derecha) =\ izquierda (\ frac {\ parcial f} {\ parcial x}\ sombrero {x} +\ frac {\ parcial f} {\ parcial y}\ sombrero {y} +\ frac {\ parcial f} {\ parcial z}\ sombrero {z}\ derecha)\]

    Divergencia:

    \ [\ nabla\ cdot\ negrita {v} =\ izquierda (\ parcial_ {x},\ parcial_ {y},\ parcial_ {z}\ derecha)\ cdot\ izquierda (\ begin {array} {c}
    v_ {x}\\
    v_ {y}\\
    v_ {z}
    \ end {array}\ derecha) =\ frac {v_ parcial\ _ {x}} {\ parcial x} +\ frac {\ parcial v_ {y}} {\ parcial y} +\ frac {\ parcial v_ {z}} {\ parcial z}\]

    Curl:

    \ [\ nabla\ veces\ negrita {A} =\ izquierda (\ parcial_ {x},\ parcial_ {y},\ parcial_ {z}\ derecha)\ veces\ left (\ begin {array} {c}
    A_ {x}\
    A_ {y}\\
    A_ {z}
    \ end {array}\ right) =\ left (\ begin {array} c}
    \ parcial_ {y} A_ {z} -\ parcial_ {z} A_ {y}\\
    \ partial_ {z} A_ {x} -\ parcial_ {x} A_ {z}\\
    \ parcial_ {x} A_ {y} -\ parcial_ {y} A_ {x}
    \ final {matriz}\ derecha)\]

    B.4.2 Relatividad Especial

    Transformaciones de Lorentz para las coordenadas de un fotograma S' que se mueve con una velocidad u en la dirección x positiva del fotograma S:

    \ [\ begin {align}
    x^ {\ prime} &=\ gamma (u)\ izquierda (x-\ frac {u} {c} c t\ derecha)\\
    c t^ {\ prime} &=\ gamma (u)\ izquierda (c t-\ frac {u} {c} x\ derecha)\
    \ gamma (u) &=\ frac {1} {\ sqrt {1- (u/c) ^ {2}}}
    \ end {align}\]

    Adición de velocidad en un sistema relativista:

    \[v_{x}=\frac{u+v_{x}^{\prime}}{1+u v_{x}^{\prime} / c^{2}} \quad \text { (longitudinal) } , v_{y}=\frac{1}{\gamma(u)} \frac{v_{y}^{\prime}}{1+u v_{x}^{\prime} / c^{2}} \quad \text { (transversal) }\]


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