Ley de gravitación universal

La ley de gravitación universal es una ley física que fue formulada por Isaac Newton en su libro Philosophiae Naturales Principia Mahematica, que fue publicada en el año 1867 y que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa y la relación cuantitativa de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa.

Temas relacionados

Campo gravitatorio, leyes de Kepler, ondas gravitacionales

¿Qué es la ley de gravitación universal?

Es la ley de la física que logra describir la interacción de gravedad que existe entre los cuerpos que tienen masa. Explica cómo se da una relación cuantitativa de la fuerza con la que dos objetos se pueden atraer.

En qué consiste la ley de gravitación universal

Newton sabía que si ninguna fuerza ejercía presión sobre la luna, esta se movería en línea recta y con una velocidad constante por lo que debía de existir una fuerza sobre la luna dirigida hacia la Tierra.

La Ley de Newton de la Gravitación Universal consiste en que la fuerza que se presenta entre dos partículas separadas por la distancia es de atracción y ejerce a lo largo de la línea que ensambla a las partículas.

Las Fuerzas gravitacionales que existen entre dos partículas, forman pares de acción-reacción. La primera partícula ejerce una fuerza sobre la segunda y la que se dirige hacia la primera, ejerce presión sobre la línea que las une. Estas dos fuerzas tienen la misma magnitud pero se encuentran sentido opuesto. A pesar de que las masas sean muy diferentes, las fuerzas siempre van a ser iguales.

Historia

Los científicos de la antigüedad intentaban encontrar una explicación a la causa del movimiento circular de los astros. En realidad, la trayectoria de estos astros es elíptica, como ya lo había dicho Kepler, pero se puede considerar circular en una primera aproximación.

La respuesta a este problema la encontró Isaac Newton, que había establecido tres Leyes que formaban parte de la física dinámica, las cuales estudiaban el movimiento y las causas que lo producen, es decir, las fuerzas que intervienen en dicho proceso.

En el año 1685, Isaac Newton decidió resolver el enigma del movimiento de los planetas usando cálculo diferencial y logró demostrar que las Tres leyes de Newton son consecuencia de una atracción gravitacional y que todos los cuerpos en el universo se atraen entre si gravitacionalmente y fue el primero que pudo explicar el movimiento de los cuerpos celestes y terrestres a partir la Ley de la Gravitación Universal.

Quien la propuso

La ley de la Gravitación Universal fue propuesta por Isaac Newton. Esta nos dice que todos los objetos se atraen unos a otros con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros. Newton demostró que la física terrestre y la física celeste son una misma cosa.

Enunciado

El enunciado de la ley de gravitación universal nos dice que cualesquiera dos partículas en el espacio se ven atraídas entre sí por medio de una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Formula

La fórmula que se usa para averiguar la fuerza de la gravedad o fuerza gravitacional se expresa de la forma:

F→g=−G⋅M⋅mr²⋅u→r

donde:

• F→g es el vector fuerza gravitatoria y se mide en Newtons.
• G es la constante de gravitación universal, esta no depende de los cuerpos que interaccionan y su valor es G = 6,67·10-11 N·m²/kg²
• M y m son las masas que tienen los cuerpos que interaccionan. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) y es el kilogramo (kg)
• r es la distancia que separa los cuerpos. Es el módulo del vector r→ , que une la masa que genera la fuerza con la masa sobre la que actúa.
• u→r es un vector unitario que tiene igual dirección de actuación de la fuerza aunque de sentido contrario.

Consecuencias de la ley de gravitación universal

Las consecuencias de la ley de gravitación fueron las siguientes:

• Perturbaciones de las órbitas.
• Determinación de las diferentes órbitas de los cometas.
• La forma que tienen los planetas y los satélites.
• El descubrimiento de planetas nuevos.
• Explicación de la ley de Titius-Bode.
• Explicación del peso de la tierra, el sol y los planetas que tienen satélites.

Aplicaciones

La ley de gravitación se aplica para poder calcular la masa de la Tierra. De la misma manera se pueden calcular la masa del Sol, Júpiter, un sistema doble de estrellas, el agujero negro central de la Vía Láctea etc. También se puede usar para calcular el peso de un objeto debe disminuir con la altura.

Es usada para poder la fuerza que existe entre dos cuerpos situados a cualquier distancia y nos permite también calcular la posición a la que hay que colocar un satélite para que su movimiento sea el que se requiere.

Importancia de la ley de gravitación universal

La teoría de la gravitación universal de Newton se ha aplicado a una serie de aspectos de la vida diaria y gracias a ella se ha logrado explicar una serie de fenómenos como por ejemplo:

• Las mareas.
• La órbita de los cometas.
• El descubrimiento de otros planetas desde la perturbación que producen en las órbitas de planetas conocidos.
• El descubrimiento de Herschell que señala que las estrellas forman un sistema con forma de lente, y que existen parejas de estrellas que giran alrededor de otra por efecto de la gravedad.
• El catálogo Messier de 103 objetos que incluía nebulosas y cúmulos de estrellas.
• El debate en 1920 de Harlow Shapley y Heber Curtis sobre la naturaleza de nuestra galaxia.

Ejemplos

Un ejemplo práctico de la ley de gravitación universal son los siguientes:
Si tomamos dos cuerpos que tengan el mismo peso y forma y los sujetamos con una mano entre el dedo índice y el pulgar, colocando la palma hacia abajo. Con la otra mano dale un golpe fuerte a uno de ellos de forma horizontal, de tal manera que salga disparado hacia el frente.

Se puede observar que la otra esfera sale disparada hacia el lado, y que ambas caerán al suelo a la vez aunque hayan recorrido distancias distintas, una recta y la otra curva.

La explicación a este experimento estará en el hecho de que existen dos fuerzas que controlan el tiempo de caída de los cuerpos: por un lado la gravedad y por otro, la resistencia del aire.