Fuerza de gravedad
La fuerza de gravedad es la atracción mutua entre cuerpos con masa, descrita por Newton y reinterpretada por Einstein.
La fuerza de gravedad es la fuerza de atracción que se ejercen mutuamente dos cuerpos por el hecho de tener masa. Es la responsable de que los objetos caigan al suelo, de que la Luna orbite la Tierra y de que los planetas giren alrededor del Sol.
¿Qué es la fuerza de gravedad?
Es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza, junto con la electromagnética y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Es siempre atractiva, actúa a distancia y tiene alcance infinito. Aunque es, con diferencia, la más débil de las cuatro, domina a escala astronómica porque la masa se acumula y no se compensa, a diferencia de las cargas eléctricas positivas y negativas.
Isaac Newton la describió en sus Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687) al darse cuenta de que la fuerza que hace caer una manzana y la que mantiene a la Luna en órbita son la misma. En 1915, Albert Einstein la reinterpretó en la relatividad general como una curvatura del espaciotiempo causada por la masa y la energía.
Fórmula: ley de gravitación universal
Donde F es la fuerza (N), m₁ y m₂ las masas (kg), r la distancia entre sus centros (m) y G la constante de gravitación universal, de valor 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg². Duplicar una masa duplica la fuerza; duplicar la distancia la reduce a la cuarta parte. Puedes ampliarlo en la ley de gravitación universal.
Gravedad y peso
Cerca de la superficie de un planeta, la fuerza sobre un cuerpo de masa m se escribe como peso:
El valor de la aceleración de la gravedad g en la Tierra es de unos 9,81 m/s² (el valor normalizado es 9,80665 m/s²), con pequeñas variaciones por la latitud y la altitud. Con M = 5,972 × 10²⁴ kg y R = 6,371 × 10⁶ m, la fórmula da g ≈ 9,82 m/s². La masa es una propiedad del cuerpo y no cambia; el peso sí depende del lugar.
Gravedad en distintos astros
| Astro | g en la superficie (m/s²) |
|---|---|
| Luna | 1,62 |
| Mercurio | 3,70 |
| Marte | 3,71 |
| Venus | 8,87 |
| Tierra | 9,81 |
| Júpiter | 24,8 |
| Sol | 274 |
El campo que crea un astro en el espacio que lo rodea se estudia en el campo gravitatorio.
Efectos y aplicaciones
- Caída de los cuerpos: sin rozamiento, todos caen con la misma aceleración, sea cual sea su masa.
- Órbitas: un satélite está en continua caída libre alrededor de la Tierra; consulta la órbita.
- Mareas: se deben a la diferencia de atracción de la Luna y del Sol sobre distintas partes de la Tierra.
- Formación de estrellas y galaxias: la gravedad condensa el gas y mantiene unidas las estructuras cósmicas.
- Ingeniería: el diseño de estructuras, presas y misiones espaciales se apoya en ella.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la fuerza gravitatoria entre dos personas de 70 kg y 60 kg separadas 1 m.
F = G·m₁·m₂/r² = 6,674 × 10⁻¹¹ · 70 · 60 / 1² = 6,674 × 10⁻¹¹ · 4200. Resultado: F ≈ 2,8 × 10⁻⁷ N, una fuerza imperceptible.
2. ¿Cuánto pesa una persona de 70 kg en la Tierra y en la Luna?
En la Tierra: P = 70 · 9,81 = 686,7 N. En la Luna: P = 70 · 1,62 = 113,4 N. Resultado: 686,7 N en la Tierra y 113,4 N en la Luna; la masa sigue siendo 70 kg.
3. ¿Cuánto vale g a 400 km de altura, donde orbita la Estación Espacial Internacional? (G·MTierra = 3,986 × 10¹⁴ m³/s²; R = 6371 km)
r = 6371 + 400 = 6771 km = 6,771 × 10⁶ m. g = 3,986 × 10¹⁴ / (6,771 × 10⁶)² = 3,986 × 10¹⁴ / 4,585 × 10¹³. Resultado: g ≈ 8,7 m/s², casi el 89 % del valor en superficie. Los astronautas flotan porque están en caída libre, no por ausencia de gravedad.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre gravedad y gravitación?
La gravitación es la atracción universal entre cualquier par de masas. La gravedad suele referirse a la atracción de un astro (normalmente la Tierra) sobre los cuerpos cercanos, incluyendo el efecto de su rotación.
¿Por qué los astronautas flotan en la estación espacial?
Porque ellos y la estación están en caída libre alrededor de la Tierra. La gravedad allí es de unos 8,7 m/s², pero al caer todos juntos no se aprecia peso aparente.
¿Una pluma y un martillo caen igual?
En ausencia de aire, sí. Lo comprobó el astronauta David Scott en la Luna en 1971 con un martillo y una pluma, que tocaron el suelo a la vez.
¿Por qué cambia el peso pero no la masa?
Porque el peso es la fuerza con que un astro atrae al cuerpo y depende de g, mientras que la masa mide la cantidad de materia y es la misma en cualquier lugar.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
- Feynman, R. P., Leighton, R. B. y Sands, M. The Feynman Lectures on Physics, vol. I.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Fuerza de gravedad». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/fuerza-de-gravedad/
