Gravitación y gravedad

-GRAVITACIÓN
Y GRAVEDAD-
INTRODUCCIÓN:
¿Qué es lo que causa que los objetos se caigan sobre la tierra? ¿Por qué los planetas
giran alrededor del sol? ¿Qué mantiene a las galaxias juntas? Si viajáramos a otro
planeta, ¿por qué cambiaría nuestro peso? Todas estas preguntas están relacionadas a un
aspecto de la física: la gravedad. A pesar de toda su influencia en nuestras vidas, de todo
su control sobre el cosmos y de toda nuestra aptitud para describir y moldear sus
efectos, no entendemos los mecanismos de la fuerza gravitacional. De las cuatro fuerzas
fundamentales identificadas por los físicos - nuclear fuerte, eléctrica débil, eléctrica
estática y de gravedad- la fuerza gravitacional es la menos comprendida.
Hoy en día, los físicos aspiran llegar hacia la “Gran Teoría Unificada” , donde todas
estas fuerzas estén unidas en un modelo físico que describa el comportamiento total en
el universo. En este momento, la fuerza gravitacional es el problema, “la fuerza que se
resiste a la unión”.
A pesar del misterio detrás de los mecanismos de la gravedad, los físicos han podido
describir bastante ampliamente el comportamiento de los objetos bajo la influencia de la
gravedad. Isaac Newton, el científico inglés y matemático de los siglos XVII y XVIII,
fue la primera persona en proponer un modelo matemático que describe la atracción
gravitacional entre los objetos.
Albert Einstein se basó sobre este modelo en el siglo XX y desarrolló una descripción
más completa de la gravedad en su Teoría General de la Relatividad. Voy a explorar la
descripción sobre la gravedad de Newton y algunas de las confirmaciones
experimentales de su teoría, que llegaron muchos años después de que él propusiese su
idea original.
DESARROLLO:
?
La Manzana de Newton
Se dice que Isaac Newton se sentó debajo de un
manzano, mientras pensaba sobre la naturaleza de la gravedad, cuando se cayó una
manzana del árbol ,haciéndole reflexionar sobre el tema que llevaba pensando durante
gran tiempo.
La Tierra también mantiene a la Luna en su órbita, y el Sol mantiene a la Tierra en su
órbita. Afecta a todos los cuerpos en un solo sentido y de un alcance infinito. Esto nos
puede llevar a suponer que la fuerza gravitacional es superpotente. Pero no es así. La
fuerza gravitatoria es con mucho la más débil de las cuatro. La fuerza fuerte es alrededor
de diez trillon es de cuatrillones más potente que la fuerza gravitacional.
Entonces, ¿Por qué tienen tanta influencia los efectos gravitacionales en el
Universo?
La respuesta es que la fuerza fuerte y la fuerza débil tienen un espectro de acción muy
corto. Su potencia decae tan rápidamente con la distancia que simplemente no pueden
notarse a partir de la billonésima parte de una pulgada. Sólo pueden notarse en el interior
del núcleo.
¿Cómo descubrió Newton la Fuerza Gravitatoria Universal?
De acuerdo con la 1ª ley de newton, él sabía que una fuerza neta tenía que estar actuando
sobre la luna debido a que sin dicha fuerza el satélite terrestre se movería en una
trayectoria de línea recta y no en su órbita casi circular. Newton razonó, a partir de las
famosas tres leyes de Kepler, la existencia de una fuerza de atracción entre los planetas y
el sol. Concluyó que la misma fuerza de atracción que hace la luna siga su trayectoria
también ocasionaba que la manzana caiga al suelo desde el árbol. Escribió:
Deduje que las fuerzas que mantienen a los planetas en sus órbitas deben
estar en relación recíproca con los cuadrados de sus distancias a partir de
los centros alrededor de los cuales giran; así, al comparar la fuerza
necesaria para mantener a la Luna en su órbita con la fuerza de gravedad en
la superficie de la Tierra, encontré una respuesta muy hermosa.
Aquella respuesta es la que hoy conocemos como la ley gravitatoria universal, como lo
estableciera Newton, “la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos cualesquiera
del Universo es directamente proporcional al producto de las masas de los dos cuerpos
que se atraen e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que media entre
ellos.”
El esquema estudiado por Newton es el siguiente:
Esquema de interacción entre dos cuerpos.
m2
Actúa una fuerza de atracción , Fg2/1 es la fuerza que
Fg 1/2
m1
ejerce m2 sobre m1 y Fg1/2 es la fuerza que ejerce m1
Fg 2/1
sobre m2 , éstas dos fuerzas tiene la siguiente relación:
Fg2/1 = - Fg1/2
Escrita analíticamente tiene por expresión:
Donde m1 y m2 son las masas de los dos cuerpos que
interactuan, r la distancia que los separa entre sus centros y G es la constante de
gravitación cuyo valor es 6.67 x 10-11 (Nmts2/kg2)
Para cuerpos de poca masa, aún a una
pequeña distancia entre sí, esta fuerza es
muy débil y en la práctica imperceptible.
En el caso de los cuerpos celestes
(planetas, estrellas, etc.), sus enormes
masas hacen que se produzcan las
enormes fuerzas que los mantienen a unos
cerca de otros, en órbita mutua, o unidos.
Newton afirmó que la atracción entre dos cuerpos es directamente proporcional al
producto de las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de su
distancia. Es decir, dos cuerpos de masa m1 y m2 situados a una distancia r el uno del otro
sufren una fuerza de atracción:
G es la constante de gravitación
universalLa
Ley de la gravedad trajo consigo una duda fundamental sobre la naturaleza del
universo. Si todos los cuerpos se atraen entre si ¿cómo es posible que el universo no se
colapse? Por lógica todas las estrellas y planetas se atraerían mutuamente para acabar
uniéndose en un sólo punto. La explicación que propuso Newton era que el universo era
infinito y todas las estrellas estaban repartidas uniformemente en él. Así una estrella sería
atraída en todas direcciones con la misma fuerza manteniendo así un equilibrio universal.8
El estudio de los movimientos de los cuerpos existentes en el Universo ha demostrado que
la formulación de Newton es válida en todas partes y, por lo tanto, ha tomado el nombre
de Ley de la gravitación universal. También ha sido posible demostrar, por vía analítica, lo
que Kepler había establecido de manera empírica: que los planetas recorren órbitas
elípticas alrededor del Sol.
La gravitación es la base del Universo. Gracias a ella, un planeta o una estrella mantiene
unidas sus partes, los planetas giran alrededor del Sol sin escaparse, y el Sol permanece
dentro de la Vía Láctea. Si llegara a desaparecer la fuerza gravitacional, la Tierra se
despedazaría, el Sol y todas las estrellas se diluirían
en el espacio cósmico y sólo quedaría materia
uniformemente distribuida por todo el Universo.
Afortunadamente, la gravedad ha permanecido
inmutable desde que se formó el Universo y es una
propiedad inherente a la misma materia.
Campo gravitatorio:
La Tierra atrae a los objetos que se hallan en su
proximidad.
La Luna, como todos los demás cuerpos, tiene su propio
campo gravitatorio, una prueba de la existencia de este campo es la atracción que ejerce la
Luna sobre los mares, originando las mareas.
La aceleración que experimenta un cuerpo que se encuentra en un campo gravitatorio la
podemos determinar con la siguiente relación:
Donde G es la constante de gravitación universal, m la masa del
cuerpo que provoca la aceleración y r el radio de dicho cuerpo.
Dicha aceleración tiene valores diferentes dependiendo del cuerpo sobre el que se mida;
así, para la Tierra se considera un valor de 9,8 m/s², por tanto, si no consideramos la
resistencia del aire, un cuerpo que caiga libremente aumentará cada segundo su velocidad
en 9,8 metros por segundo, mientras que el valor que se obtiene para la superficie de la
Luna es de tan sólo 1,6 m/s², es decir, unas seis veces menor que el correspondiente a
nuestro planeta, y en uno de los planetas gigantes del sistema solar, Júpiter, este valor sería
de unos 24,9 m/s².

Masa y Peso de los Cuerpos
Si pregunto a un compañero: ¿Cuánto pesas tu?,
realmente le estoy preguntando:
¿Con qué intensidad la fuerza de gravedad te atrae
hacia el centro de la Tierra?. Es común confundir la
masa y el peso de los cuerpos debido a la costumbre
de expresar el peso de los cuerpos en gramos y en
kilogramos, por esto mismo quiero definir masa y peso, así como establecer sus
diferencias para poder comprender la teoría de la gravitación universal.
CONCEPTO DE GRAVITACIÓN:
Gravitación, propiedad de atracción mutua que poseen todos los objetos compuestos de
materia. A veces se utiliza como sinónimo el término gravedad, aunque estrictamente este
último sólo se refiere a la fuerza gravitacional entre la Tierra y los objetos situados en su
superficie o cerca de ella. Hasta ahora no han tenido éxito los intentos de englobar todas
las fuerzas en una teoría de unificación, ni los intentos de detectar las ondas
gravitacionales que, según sugiere la teoría de la relatividad, podrían observarse cuando se
perturba el campo gravitacional de un objeto de gran masa.
CONCLUSIÓN:
Hemos podido observar como funciona la atracción gravitacional de los cuerpos tanto en
nuestro propio planeta, cuando dejamos caer una manzana al suelo contemplamos sin
darnos cuenta como funcionan las fuerzas que mueven el universo.
Todo esto no se podría haber demostrado si la ingeniosa e intelectual ayuda del brillante
físico (entre otras de sus ocupaciones) Isaac Newton y gracias a una de sus leyes podemos
dar fe de una de las mayores fuerzas .
Esta ley la podemos sintetizar en los siguientes puntos:

Todos los cuerpos del universo experimentan fuera de atracción gravitatoria.

Cuanto mayor sea la masa del cuerpo, mas intensa es esta fuerza.

Cuanto mas lejos estén situados los cuerpos que interactúan, la fuerza será menor.

Si los cuerpos tienden a tener muy poca masa, la fuerza tiende a ser ignorada.

La fuerza gravitatoria que se ejercen dos cuerpos es completamente igual, pero en
sentido opuesto.
Sin lugar a dudas esta ley y todas las referidas al mundo celeste, han llevado al
hombre a interesarse mucho más por la conquista espacial, ya que el inmenso universo
queda al descubierto por los razonamientos bien fundados de hombres como: Isaac
Newton y Albert Einstein, entre otros.
FUENTES:
-Microsoft Encarta
-Enciclopedia científica Salvat-Tomo 12 Física Páginas 300-301
-Diccionario enciclopédico Espasa páginas 5468 –5469
http://www.astromia.com/astronomia/fuerzasfundamentales.htm
http://www.astromia.com/astronomia/gravita.htm
http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/l/leygrav.htm
http://icarito.latercera.cl/enc_virtual/fisica/leyes/ley_gravitacion.htm
http://enciclopedia.us.es/index.php/Gravedad
http://upload.wikimedia.org
EXPERIMENTO:
Bien, lo que voy a hacer es simplemente comprobar cual sería mi peso en diferentes
planetas y en cual de ellos sería más pesado o bien , decir en que planeta la gravedad me
atraería mas fuerte al centro del mismo .Lo único que debo hacer es una sencilla operación
que anteriormente mencioné en este trabajo. (P = m · g)
*Donde “P” es tu peso en Newtons; “m” es tu masa en kilogramos; “g” es aceleración de
la gravedad en m/seg2 , su valor no es constante, ya que depende de la distancia que
separe el cuerpo al centro del planeta. La masa de un cuerpo es siempre la misma y su
peso varía dependiendo del lugar donde se encuentre.
Mi masa = 59 Kg.
Planetas y su aceleración de la gravedad.
Mercurio.....................3'74 m/s2
59 Kg · 3'74 m/s2 = 220’66 N
Tierra...........................9'81 m/ s2
59 Kg · 9'81 m/ s2 = 578’79 N
Marte...........................3'73 m/s2
59 Kg · 3'73 m/s2 = 220’07 N
Júpiter..........................25'93 m/s2
59 Kg · 25'93 m/s2 = 1529.87 N
Saturno.........................11'37 m/s2
59 Kg · 11'37 m/s2 = 670’83 N
De estos planetas en el que más pesaría sería en Júpiter, como hemos podido demostrar.