Gravedad

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La fuerza gravitatoria o gravitación es la interacción que experimentan dos objetos con masa. Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas hasta el momento en la naturaleza. El efecto de la fuerza de gravedad sobre un cuerpo suele asociarse en lenguaje cotidiano al concepto de peso, y es por eso que siempre se ha enseñado que la fuerza de gravedad atrae hacia el centro de la Tierra. Sus efectos son siempre atractivos.

No hay que confundir el término fuerza gravitatoria o fuerza de la gravedad con el de gravedad ya que son términos conceptualmente distintos aunque muchas veces confundidos incluso en escritos no especializados. Todos los cuerpos experimentan una fuerza atractiva por el simple hecho de tener masa. En el ámbito cotidiano, esta fuerza equivale al peso, el cual es, según las leyes de Newton, directamente proporcional a la masa del objeto y a la aceleración que tiene. A esta aceleración se le llama gravedad.

Isaac Newton fue la primera persona en darse cuenta que la fuerza que hace que los objetos caigan con aceleración constante en la Tierra (gravedad terrestre) y la fuerza que mantiene en movimiento los planetas y las estrellas es la misma, y a él se debe la primera teoría general de la gravitación, la universalidad del fenómeno, expuesta en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

La teoría de la relatividad general, sin embargo, hace un análisis diferente de la interacción gravitatoria. De acuerdo con esta teoría puede entenderse como un efecto geométrico de la materia sobre espacio-tiempo. Cuando una cierta cantidad de materia ocupa una región del espacio-tiempo, ésta provoca que el espacio-tiempo se deforme. Visto así la fuerza gravitatoria no es ya una misteriosa "fuerza que atrae" sino el efecto que produce la deformación del espacio-tiempo, de geometría no euclídea, sobre el movimiento de los cuerpos.

La interacción gravitatoria es la responsable de los movimientos a gran escala en el Universo y hace, por ejemplo, que los planetas del Sistema Solar sigan órbitas predeterminadas alrededor del Sol.

Tabla de contenidos

1 Ley de la Gravitación Universal de Newton
2 Gravedad o intensidad del campo gravitatorio
- 2.1 Variación de la gravedad en la Tierra
3 Teoría gravitacional de Einstein
4 La interacción gravitatoria en la teoría cuántica
5 La interacción gravitatoria como fuerza fundamental
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos

[editar] Ley de la Gravitación Universal de Newton

Imagen:GravitationUniverselle.png

Véase también: Masa inercial y Masa gravitacional

La Ley de la Gravitación Universal de Newton establece que la fuerza que ejerce una partícula puntual con masa <math>m_1</math> sobre otra con masa <math>m_2</math> es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

donde <math>\hat{u_{12}}</math> es el vector unitario que va de la partícula 1 a la 2, y donde <math>G \,\!</math> es la constante de gravitación universal, siendo su valor 6,67 × 10^–11 Nm²/kg².

A pesar de los siglos, hoy día sigue utilizándose cotidianamente esta ley en el ámbito del movimiento de cuerpos incluso a la escala del sistema solar, aunque esté desfasada teóricamente. Para estudiar el fenómeno en su completitud hay que recurrir a la Relatividad general.

[editar] Gravedad o intensidad del campo gravitatorio

Artículo principal: Intensidad del campo gravitatorio

Según las leyes de Newton, toda fuerza ejercida sobre un cuerpo le imprime una aceleración. En presencia de un campo gravitatorio, todo cuerpo se ve sometido a la fuerza gravitatoria, y la aceleración que imprime esta fuerza, o aceleración en cada punto del campo, se denomina intensidad del campo gravitatorio o gravedad. Para la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad es de 9,8 m/s². Este valor de g es considerado como el valor de referencia y, así, se habla de naves o vehículos que aceleran a varios g. En virtud del principio de equivalencia, un cuerpo bajo una aceleración dada sufre los mismos efectos que si estuviese sometido a un campo gravitatorio cuya aceleración gravitatoria fuese la misma.

Antes de Galileo Galilei se creía que un cuerpo pesado cae más deprisa que otro de menos peso. Según cuenta una leyenda, Galileo subió a la torre inclinada de Pisa y arrojó dos objetos de masa diferente para demostrar que el tiempo de caída libre era, virtualmente, el mismo para ambos. En realidad, se cree hacía rodar cuerpos en planos inclinados y, de esta forma, medía de manera más precisa la aceleración.

[editar] Variación de la gravedad en la Tierra

Imagen:Southern ocean gravity hg.png La gravedad es máxima en la superficie. Tiende a disminuir al alejarse del planeta, por aumentar la distancia r entre las masas implicadas. Sin embargo, también disminuye al adentrarse en el interior de la Tierra, ya que cada vez una porción mayor de planeta queda por "encima", y cada vez es menos la masa que queda por "debajo". En el centro de la Tierra, hay una enorme presión por el peso de las capas superiores de todo el planeta, pero la gravedad es nula. La gravedad en el centro de la Tierra es nula porque se equiparan todas las fuerzas de atracción. Asimismo, aumenta con la latitud debido a dos efectos: el achatamiento de la Tierra en los polos hace que la distancia r se reduzca a medida que la latitud aumenta, y la rotación terrestre genera una aceleración centrífuga que es máxima en la Línea ecuatorial y nula en los polos. Los valores de g en el ecuador y en los polos son respectivamente: <ref>http://www.phy6.org/stargaze/Mframes3.htm</ref>

g_ec = 9,78 m/s²

g_polo = 9,8322 m/s²

Las pequeñas irregularidades sobre estos valores pueden utilizarse para estudiar la distribución de densidad en la corteza terrestre utilizando técnicas de gravimetría.

[editar] Teoría gravitacional de Einstein

Imagen:Spacetime curvature.png

Artículo principal: Relatividad general

Véase también: Onda gravitacional

Einstein revisó la teoría newtoniana en su teoría de la relatividad general, describiendo la interacción gravitatoria como una deformación de la geometría del espacio-tiempo. En el contexto de la teoría de la relatividad general, se define como una deformación geométrica a la curvatura del espacio por efecto de la masa de los cuerpos. La deformación geométrica viene caracterizada por el tensor métrico que satisface las ecuaciones de campo de Einstein.

Además, la relatividad general predice la propagación de ondas gravitatorias. Estas ondas sólo podrían ser medibles si las originan fenómenos astrofísicos violentos, como el choque de dos estrellas masivas o remanentes del Big Bang. Estas ondas han sido detectadas^{[cita requerida]} de forma indirecta en la variación del periodo de rotación de púlsares dobles. Por otro lado, las teorías cuánticas actuales apuntan a una "unidad de medida de la gravedad", el gravitón, como partícula que provoca dicha "fuerza", es decir, como partícula asociada al campo gravitatorio.

[editar] La interacción gravitatoria en la teoría cuántica

Artículo principal: Gravedad cuántica

La fuerza gravitatoria aparece como fuerza fundamental que liga a todas las partículas con masa con otras a través de otra partícula, un bosón transmisor del campo gravitatorio denominado gravitón.

La unificación de la fuerza gravitatoria con las otras fuerzas fundamentales sigue resistiéndose a los físicos. La aparición en el Universo de materia oscura o una aceleración de la expansión del Universo hace pensar que todavía falta una teoría satisfactoria de las interacciones gravitatorias completas de las partículas con masa. De todas formas el gravitón no ha sido encontrado por lo que no es más que una teoría matemática que puede ser que no corresponda con la realidad.

[editar] La interacción gravitatoria como fuerza fundamental

La interacción gravitatoria es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza, junto al electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. A diferencia de las fuerzas nucleares y a semejanza del electromagnetismo, actúa a grandes distancias. Sin embargo, al contrario que el electromagnetismo, la gravedad generalmente es una fuerza de tipo atractiva (aunque existen casos particulares en que las geodésicas temporales pueden expandirse en ciertas regiones del espacio-tiempo, lo cual hace aparecer a la gravedad como una fuerza repulsiva). Este es el motivo de que la gravedad sea la fuerza más importante a la hora de explicar los movimientos celestes.