Fuerza gravitacional: definición, ecuación y ejemplos

¿Qué es la fuerza gravitacional?

El universo tiene muchas fuerzas, muchos empujones y tirones. Siempre estamos empujando o tirando de algo, aunque solo sea del suelo. Pero resulta que en física, en realidad solo hay cuatro fuerzas fundamentales de las que se deriva todo lo demás: la fuerza fuerte, la fuerza débil, la fuerza electromagnética y la fuerza gravitacional.

La fuerza gravitacional es una fuerza que atrae dos objetos con masa. Llamamos atractiva a la fuerza gravitacional porque siempre intenta unir masas, nunca las separa. De hecho, ¡cada objeto, incluido usted, está tirando de todos los demás objetos del universo entero! A esto se le llama Ley Universal de Gravitación de Newton . Es cierto que no tienes una masa muy grande y, por lo tanto, no estás tirando mucho de esos otros objetos. Y los objetos que están muy separados entre sí tampoco se tiran entre sí de forma notable. Pero la fuerza está ahí y podemos calcularla.

Sir Isaac Newton

Ecuación de gravitación universal

Esta ecuación describe la fuerza entre dos objetos cualesquiera en el universo:

En la ecuación:

• F es la fuerza de la gravedad (medida en Newtons, N)
• G es la constante gravitacional del universo y siempre es el mismo número
• M es la masa de un objeto (medida en kilogramos, kg)
• m es la masa del otro objeto (medida en kilogramos, kg)
• r es la distancia entre esos objetos (medida en metros, m)

Entonces, si sabe qué tan masivos son dos objetos y qué tan separados están, puede averiguar la fuerza entre ellos.

Ley del cuadrado inverso

Observe que la distancia ( r ) en la parte inferior de la ecuación está al cuadrado. Esto lo convierte en una ley del cuadrado inverso. Debido a esto, si duplica la distancia entre dos objetos, reduce la fuerza gravitacional entre ellos a una cuarta parte de lo que era. O si triplica la distancia entre ellos, reduce la fuerza a un noveno de lo que era. O si vamos al otro lado, reducir a la mitad la distancia entre dos objetos multiplica la fuerza por un factor de cuatro. Esto se puede utilizar para hacer comparaciones aproximadas entre situaciones.

Einstein describió la gravedad como una curva en el espacio-tiempo.

Ejemplo

Veamos un ejemplo de cómo usar la ecuación. ¡Intentemos calcular la fuerza entre un adorable bebé y el planeta Marte!

Digamos que el bebé pesa 4.5 kg y el planeta Marte tiene una masa de 6.4×10 ^ 23. La distancia entre la Tierra y Marte cambia, pero es un promedio de 2.25×10 ^ 11 metros. Y como de costumbre, G es 6,67 x 10 ^ -11. Todo lo que tenemos que hacer es conectar esos números y resolver para F :

Y eso nos da 3,8 x 10 ^ -9 Newtons. Esta es una fuerza minúscula, en parte porque un bebé tiene una masa tan pequeña y en parte porque están muy separados.

Resumen de la lección

La fuerza gravitacional es una fuerza que atrae cualquier objeto con masa. ¡Tú, ahora mismo, estás tirando de todos los demás objetos del universo entero! A esto se le llama Ley Universal de Gravitación de Newton . Podemos usar la ecuación compartida en esta lección para calcular la fuerza entre dos objetos, siempre que sepamos sus masas y la distancia entre ellos. También podemos comparar dos situaciones al darnos cuenta de que la gravedad es una ley del cuadrado inverso, lo que significa que si duplica la distancia entre dos objetos, reduce la fuerza a un cuarto. Y si triplica la distancia entre dos objetos, reduce la fuerza a una novena.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado, debería poder:

• Declare la ley universal de la gravitación
• Escribe la ecuación para calcular la fuerza gravitacional y enuncia el significado de sus variables.
• Explica cómo la gravedad es una ley del cuadrado inverso.