Wolfram | Alpha es un gran recurso para calcular este tipo de cantidades. Por ejemplo, si desea calcular qué fracción de la masa del Sol se pierde por fusión para generar la energía de luz y calor que emite el Sol, puede ingresar esta expresión en Wolfram | Alpha:
(luminosidad solar) * (segundos en un año) / ((velocidad de la luz) ^ 2) / (masa solar)
y obtenga el resultado: [matemáticas] 6.787 \ veces 10 ^ {- 14} [/ matemáticas] = la fracción de la masa del Sol que se convierte en energía cada año (ver: http://www.wolframalpha.com/inpu… )
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Wolfram | Alpha también es excelente para ayudarlo a visualizar esa fracción aparentemente pequeña de la masa del Sol: por ejemplo, si convierte esa masa que se está convirtiendo completamente en energía cada año en la masa de un volumen equivalente de agua, obtiene lo siguiente interesante y comprensible resultados de Wolfram | Alpha para ese volumen equivalente:
- 4.766 × 10 ^ 15 pies ^ 3 (pies cúbicos)
- ~ 11 × volumen del Lago Superior (~ 12200 km ^ 3)
- Radio r de una esfera = 20 millas = 32 km (kilómetros)
(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…) Para comparar, la bomba nuclear equivalente a 15 kilotones TNT explotada en Hiroshima solo habría convertido 0.6 gramos de materia en energía (ver http://www.wolframalpha.com/inpu …)
De acuerdo con Wikipedia (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Sol…) el viento solar también resulta en una pérdida de masa fraccional anual adicional de [matemáticas] (2-3) \ veces 10 ^ {- 14} [ /matemáticas]. Entonces, la fracción de pérdida de masa solar anual total es de aproximadamente [matemática] 10 ^ {- 13} [/ matemática] de la luminosidad solar y el viento solar.
A medida que el Sol pierde masa, la órbita de la Tierra cambiará, sin embargo, el momento angular orbital total debe permanecer constante. Suponiendo que la Tierra viaja en una órbita circular a velocidad constante, el momento angular es proporcional al radio de la órbita de la Tierra ([matemática] r [/ matemática]) veces la velocidad de la Tierra. La velocidad será [matemática] 2 \ pi r / T [/ matemática] (donde [matemática] T [/ matemática] es el período) y, por lo tanto, para conservar el momento angular, la relación [matemática] r ^ 2 / T [/ matemática ] debe ser constante y, por lo tanto, [math] T \ propto r ^ 2 [/ math].
Ahora, la fórmula para el período de la órbita de la Tierra alrededor del Sol es
[matemáticas] T ^ 2 = 4 \ pi ^ 2 r ^ 3 / (G M_ {Sun}) [/ matemáticas]
donde [matemáticas] G [/ matemáticas] es la constante de Newton (ver http://www.wolframalpha.com/inpu…). Sustituyendo [math] T = K r ^ 2 [/ math] y resolviendo [math] r [/ math] obtenemos:
[matemáticas] r \ propto 1 / {M_ {dom}} [/ matemáticas]
Por lo tanto, la disminución fraccional anual [matemática] 10 ^ {- 13} [/ matemática] en la masa del Sol dará como resultado un aumento anual del radio de la órbita de la Tierra de aproximadamente
- [matemáticas] 1.5 [/ matemáticas] centímetros por año
(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…).
Dado que el período de la órbita (la duración de un año) es proporcional al radio al cuadrado, eso significa que la duración del año aumentará aproximadamente
- [matemáticas] 6.3 [/ matemáticas] microsegundos por año
(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…)
Este aumento del radio de la órbita de 1.5 centímetros por año es muy insignificante; por ejemplo, en los 5 mil millones de años de vida que tiene el Sol hasta que entra en la fase gigante roja, el radio solo aumentará en 46,000 millas, que es solo el 0.05% de El radio actual de la órbita. Del mismo modo, el año solo aumentaría en 8 horas y 45 minutos en esos 5 mil millones de años.
Hay perturbaciones más significativas en la órbita de la Tierra que tienen efectos mucho más grandes, como la atracción gravitacional de Júpiter y los otros planetas. Estas atracciones tendrán efectos a corto plazo, como disminuir o aumentar el año en curso, dependiendo de las posiciones de los planetas y los efectos a largo plazo de cambiar realmente la órbita de la Tierra. Todos estos efectos serán mucho mayores que el efecto calculado aquí.
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Por cierto, el artículo de Wikipedia que calcula este efecto es incorrecto. Dice que el aumento será de [matemáticas] 1.25 [/ matemáticas] microsegundos por año (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Yea…). Están equivocados ya que acaban de usar la fórmula [matemáticas] T \ propto 1 / \ sqrt {M} [/ matemáticas] (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Yea…) y no tomaron en cuenta conservación del momento angular que dará como resultado un aumento de radio y un aumento de período al mismo tiempo.
PD: Si la página de Wikipedia ya no dice 1.25 microsegundos, es porque Wikipedia aceptó mi edición de esa página.
PPS: Este no es un anuncio de Wolfram | Alpha y no tengo ninguna afiliación con Wolfram | Alpha. ¡Creo que es una herramienta muy útil!