¿Qué es la ley de gravitación universal?
La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa.
Esta ley establece la fuerza con la que se atraen dos cuerpos por el simple hecho de tener masa. Esta ley fue desarrollada por Sir Isaac Newton en el tercer libro de su obra Principios matemáticos de filosofía natural, titulado¨ Sobre el sistema del mundo¨.
Esta es una biografía sobre el conocido físico y matemático Isaac Newton:
UN POCO DE TEORÍA...
Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, y está dirigida según la recta que une los cuerpos. Dicha fuerza se conoce como fuerza de la gravedad o fuerza gravitacional y se expresa de la forma:
F= G⋅ M⋅m/r2
F : Es el vector fuerza gravitatoria. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el newton (N)
G es la constante de gravitación universal, que no depende de los cuerpos que interaccionan y cuyo valor es G = 6,67·10-11 N·m2/kg2,
M y m son las masas de los cuerpos que interaccionan. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el kilogramo (kg)
r es la distancia que los separa. Es el módulo del vector r, que une la masa que genera la fuerza con la masa sobre la que actúa.
ANTES, UN POCO DE HISTORIA...
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Aristóteles, que vivió desde el 384 al 322 antes de Cristo, creía que la Tierra era redonda, pensaba que la Tierra era el centro del universo y que el Sol, La Luna, los planetas, y todas las estrellas fijas giraban alrededor de ella. Las ideas de Aristóteles fueron ampliamente aceptadas por los griegos de su época.
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G es la constante de gravitación universal, que no depende de los cuerpos que interaccionan y cuyo valor es G = 6,67·10-11 N·m2/kg2,
M y m son las masas de los cuerpos que interaccionan. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el kilogramo (kg)
r es la distancia que los separa. Es el módulo del vector r, que une la masa que genera la fuerza con la masa sobre la que actúa.
En 1609, el científico italiano Galileo Galilei se enteró de la invención de un catalejo. Usando su telescopio, Galileo hizo muchas observaciones de nuestro Sistema Solar, asegurando que la Tierra giraba alrededor del sol.
Los descubrimientos de Galileo cambiaron para siempre la cara de la astronomía.
A partir de aquí, muchos científicos formaron sus propias teorías y se inspiraron unos a otros...
Hasta la genialidad de Kepler, no se concebían otras órbitas para los planetas que las circulares. Imposible que la inteligencia del Creador hubiera recurrido a curvas más imperfectas que la circunferencia. No obstante, la matemática griega clásica ya había aportado toda una teoría acerca de las secciones cónicas. En una órbita elíptica, la excentricidad e expresa el cociente c/a entre la semidistancia focal c y el semieje mayor a, también llamado este radio medio al obtenerse como media aritmética entre las distancias mínima y máxima del planeta al Sol. (Al lugar de la órbita de distancia mínima se le conoce como perihelio, y al de distancia máxima, afelio.) La excentricidad, que toma valores en el intervalo [0,1), proporciona una idea del achatamiento de la elipse. Una excentricidad e = 0 corresponde a la circunferencia.
Salvando a Mercurio (e = 0.20563), del que era muy complicado obtener medidas fiables debido a su permanente proximidad al Sol, el resto de las órbitas planetarias poseen excentricidades muy bajas. No obstante, la excentricidad e = 0.09341 del planeta Marte ya alcanzaba un valor lo bastante elevado como para que una circunferencia no se ajustase con exactitud a sus movimientos por el cielo.
GRAVEDAD Y LEYES DE KEPLER
Las leyes de Kepler permitieron a Isaac Newton descubrir la Ley de la Gravitación Universal.
Estas son las tres leyes de Kepler;
PRIMERA LEY (1609):
Todos los planetas se desplazan alrededor del sol describiendo órbitas elípticas. El sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.
SEGUNDA LEY (1609):
El radio vector que une un planeta y el sol barre áreas iguales en tiempos iguales. La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del sol su velocidad es menor que cuando está más cercano al sol.
TERCERA LEY (1618):
Para cualquier planeta el cuadrado de su periodo orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semi eje mayor de su órbita elíptica.
Aquí os dejo con un PowerPoint que explica más a fondo las leyes de Kepler:
CURIOSIDAD;
Según Kepler, los movimientos celestes no eran más que una música continua y polifónica que debía ser comprendida por la inteligencia en lugar de por el oído. En su libro La armonía del mundo asignaba notas musicales a los movimientos de los planetas.
VIDEO:
Entonces, ¿para qué sirve la ley de gravitación universal?
1) Conociendo la ley de gravitación podemos calcular una cosa tan complicada como la masa de la Tierra.
¿Qué consecuencias se pueden sacar de conocer la masa de la Tierra?.
Evidentemente podemos conocer su densidad y posible composición del interior.
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. Sólo es necesario tener datos de los movimientos y distancias que provoca el objeto.
2) Variación del peso con la altura
Es evidente, de acuerdo con la ley de gravitación, que el peso de un objeto (y por tanto la aceleración de caída) debe disminuir con la altura ( es decir con la distancia entre el objeto y el centro de la Tierra). Utilizamos la ley de gravitación para calcular la fuerza entre dos cuerpos cualesquiera situados a cualquier distancia.
3) Cálculo de las órbitas de satélites.
La ley de gravitación permite calcular la situación a la que hay que colocar un satélite para que su movimiento sea uno determinado.
Si hacemos operaciones podemos obtener que:
d3 = (GM/4pi2) / T2
ALGO MÁS DE INFORMACIÓN...
Otros cuerpos celestes:
Las leyes de Kepler son también válidas para el movimiento de los satélites alrededor de sus planetas y en un futuro se aplicarán a los planetas de otras estrellas
Planetas enanos;
Satélites; como la luna, uno de los siete mayores del sistema solar.
Asteroides; cuerpos rocosos que orbitan sobre todo entre Marte, Júpiter y el cinturón de Kuiper
Cometas; formados por hielos (H2O, NH3, CH4, HCN) y polvo
Interacción y gravitatoria y mareas
La fuerza de marea es un efecto secundario de la fuerza de la gravedad que es responsable de la existencia de las mareas. Es el resultado de la diferencia de la fuerza gravitacional que existe a lo largo del diámetro de un cuerpo.
Todos los planetas se desplazan alrededor del sol describiendo órbitas elípticas. El sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.
El radio vector que une un planeta y el sol barre áreas iguales en tiempos iguales. La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del sol su velocidad es menor que cuando está más cercano al sol.
Para cualquier planeta el cuadrado de su periodo orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semi eje mayor de su órbita elíptica.
Aquí os dejo con un PowerPoint que explica más a fondo las leyes de Kepler:
¿Qué consecuencias se pueden sacar de conocer la masa de la Tierra?.
Evidentemente podemos conocer su densidad y posible composición del interior.
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. Sólo es necesario tener datos de los movimientos y distancias que provoca el objeto.
Es evidente, de acuerdo con la ley de gravitación, que el peso de un objeto (y por tanto la aceleración de caída) debe disminuir con la altura ( es decir con la distancia entre el objeto y el centro de la Tierra). Utilizamos la ley de gravitación para calcular la fuerza entre dos cuerpos cualesquiera situados a cualquier distancia.
3) Cálculo de las órbitas de satélites.
La ley de gravitación permite calcular la situación a la que hay que colocar un satélite para que su movimiento sea uno determinado.
Si hacemos operaciones podemos obtener que:
d3 = (GM/4pi2) / T2
Constelaciones:
Una constelación, en astronomía, es una agrupación convencional de estrellas, cuya posición en el cielo nocturno es aparentemente invariable.
Galaxia;
Una galaxia es un conjunto de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo cósmico, materia oscura y energía unidas gravitatoriamente en una estructura más o menos definida.
Agujero negro;
Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada y densa como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella.
Todo esto es lo que sabemos y nos ha permitido conocer nuestro universo, ahora vamos a abarcar un tema de actualidad, ya que todo esto ha dado pie al pensamiento, a la búsqueda de un sentido a la vida, y a la ciencia ficción...
¿EXISTE REALMENTE VIDA EN OTROS PLANETAS?
Cierto es, que aún no tenemos evidencias claras sobre si existe vida en otros planetas, eso o que el gobierno o la nasa nos oculta la verdad, pero a la respuesta de esta pregunta, yo respondería con total seguridad, que sí, seguramente exista vida en otros planetas.
A fecha de 16 de enero de 2020, hay 55 planetas extrasolares potencialmente habitables confirmados en nuestra galaxia. Sin embargo, sorprendentemente no hemos podido observar ni siquiera el 1% del espacio observable.
Una constelación, en astronomía, es una agrupación convencional de estrellas, cuya posición en el cielo nocturno es aparentemente invariable.Galaxia;
Una galaxia es un conjunto de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo cósmico, materia oscura y energía unidas gravitatoriamente en una estructura más o menos definida.
~Tal vez en un futuro no encontremos vida inteligente pero se sabe que hay organismos que sobreviven en escasez de agua, al frío o calor extremos, a gran altura, e incluso en condiciones de radioactividad. Por ello, los científicos se muestran optimistas en cuanto al inminente descubrimiento de vida en algún rincón del cosmos conocido.
Esto nos da que pensar, si hay una multitud de candidatos en nuestro sistema solar donde por ejemplo se ha encontrado agua, imaginaos en nuestra galaxia, o en la inmensidad del universo...
¿Y que me decis de los miles de avistamientos ovnis a lo largo de todo el planeta?
Lo habitual a la hora de plantear la posibilidad de que exista vida (inteligente o no) fuera de la Tierra es pensar en planetas lejanos y desconocidos. Pero muy cerca, a la vuelta de la esquina, hay candidatos interesantes. Tan cerca casi como si habláramos del jardín de nuestra propia casa, en nuestro Sistema Solar, hay lunas con muchas posibilidades de ser habitables. Si bien los planeas que hospedan estos satélites están fuera del radar de ‘mundo habitable’, por tratarse de planetas gaseosos como Júpiter y Saturno, algunas de sus lunas se presentan como candidatas muy prometedoras.
Y, tan cerca como a 39 años luz (en nuestro mismo vecindario) sistemas planetarios como Trappist-1 son guardianes de posibles mundos con vida.Encontrar vida, del tipo que sea, será el principio de una nueva era en la exploración espacial y, además, dará lugar a una profunda reflexión sobre la existencia del ser humano y nuestra insignificancia en el universo~
Encontrarla querrá decir que, probablemente, la vida es frecuente y que nosotros, por especiales que nos creamos, no somos más que una fugaz casualidad...
FUENTES CONSULTADAS
https://www.muyinteresante.es/ciencia/fotos/lugares-del-universo-en-los-que-podria-haber-vida/https://www.fisicalab.com/apartado/ley-gravitacion-universal
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/celeste/kepler/kepler.htm
https://www.elmundo.es/elmundo/2009/03/24/ciencia/1237892374.html
