La ley de la gravitación universal: definición, importancia y ejemplos

Manzana de Newton

Probablemente hayas escuchado esta historia antes: un día Isaac Newton estaba sentado debajo de un manzano cuando una de las manzanas se cayó del árbol y lo golpeó en la cabeza. Este evento afortunado fue lo que llevó a Newton a descubrir la gravedad, ¡y el resto es historia!

No sabemos los eventos exactos que llevaron al descubrimiento de Newton de la gravedad o si alguna vez se sentó debajo de ese árbol. Lo que sí sabemos es que Newton realmente fue un tipo inteligente que pudo razonar POR QUÉ una manzana caería de un árbol al suelo. Newton entendió que los objetos se atraen entre sí: la tierra tira de la manzana al suelo, pero la manzana también tira hacia atrás de la Tierra.

La parte más importante de esto no es solo que los objetos se atraen entre sí, sino que dos objetos se atraen entre sí con una fuerza que es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Esto se conoce como la ley de gravitación universal de Newton . Lo que esto significa es que para dos objetos cualesquiera en el universo, la gravedad entre estos dos objetos depende solo de su masa y distancia.

También podemos expresar esta relación en forma de ecuación: F = G * (m 1 * m 2 ) / d ^ 2 , donde F es la fuerza gravitacional, G es la constante gravitacional universal 6.67 x 10 ^ -11 N m ^ 2 / kg ^ 2, m es la masa de cada objeto y d es la distancia entre sus centros.

La gravedad se debilita con la distancia

La distancia entre dos objetos es un componente importante de la ley de gravitación universal. No se trata solo de qué tan lejos están los objetos entre sí, es el CUADRADO de esa distancia. Entonces, por ejemplo, si dos objetos están a 3 kilómetros el uno del otro, no puede simplemente dividir por 3 para obtener la fuerza gravitacional, debe dividir por 3 x 3, que es 9.

Y si los objetos están a 9 kilómetros uno del otro, debes dividirlo por 81. Entonces, aunque los objetos están solo 3 veces más lejos entre sí, la fuerza en realidad será 9 veces más débil, ¡esa es una gran diferencia!

Esta idea de una disminución exponencial describe la ley del cuadrado inverso . Como acaba de ver, aumentar la distancia solo una pequeña cantidad disminuye la fuerza en una gran cantidad, porque el cuadrado de la distancia es inversamente proporcional a la fuerza.

Podría ser útil pensar en este concepto con una lata de pintura en aerosol y una pared. La lata de pintura rociará pintura en todas las direcciones desde la boquilla, no solo en línea recta, ¿verdad? Entonces, digamos que tiene su lata de pintura y está muy cerca de la pared, a solo 1 metro de distancia. Cuando rocías la pared, tu pintura cubre un área determinada; llamémoslo una unidad.

Si se aleja de la pared a una distancia de 2 metros, la pintura que rocíe hacia la pared cubrirá un área más grande pero con la misma cantidad de pintura que antes. El área que cubre no es dos veces más grande, es cuatro veces más grande porque su lata rocía pintura en todas direcciones, el área es dos veces más alta y dos veces más ancha que antes. Si retrocede una vez más, esta vez a una distancia de 3 metros, el área que cubre su pintura ahora es de 9 unidades porque es TANTO tres veces más alto como tres veces más ancho que su unidad de área original. Recuerde, todavía está rociando la misma cantidad de pintura pero sobre un área más grande, por lo que la pintura es ‘más débil’ en todos lados.

La gravedad está en todas partes

Es posible que haya escuchado que no hay gravedad en el espacio exterior. Bueno, odio ser el que hace esto, ¡pero voy a romper ese mito ahora mismo! ¡La gravedad está EN TODAS PARTES! Es solo que cuando se debilita lo suficiente, puede parecer que ya no hay gravedad.

Por ejemplo, si viajaras a la luna, podrías sentirte ‘ingrávido’ mientras rebotas por su superficie. La luna es mucho menos masiva que la tierra, por lo que no sientes la misma fuerza de tracción que en casa. La gravedad todavía te afecta, pero solo con aproximadamente 1/6 de la fuerza que tiene la Tierra sobre ti, por lo que se siente insignificante. Estás acostumbrado a que la tierra te tire con mucha fuerza, así que te sientes muy libre cuando la fuerza es mucho menor.

Cuanto más te alejas de la Tierra, más débil es su atracción gravitacional sobre ti. Pero no importa qué tan lejos vayas de la Tierra, su gravedad nunca será cero. El espacio es lo suficientemente grande como para volverse muy pequeño, pero siempre atraerá a todo lo demás en el universo, al igual que todo lo demás lo hará. De hecho, ¡otros objetos del universo también te tiran de ti! Pero como la Tierra está más cerca y es más masiva que muchos de esos otros objetos, supera sus influencias gravitacionales. Entonces, en la superficie de la Tierra te quedas.

Resumen de la lección

No sabemos cómo se sentía Newton por las manzanas, pero seguro que le gustaba la física. Y es a Newton a quien atribuimos la ley de la gravitación universal . Esta ley establece que dos objetos se atraen entre sí con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Lo que esto significa es que si bien todos los objetos se tiran entre sí con cierta fuerza, esa fuerza depende de las masas de los objetos y de la distancia entre sus centros.

Como la mayoría de las leyes científicas, también podemos expresar esto en forma de ecuación: F = G * (m 1 * m 2 ) / d ^ 2 , donde F es la fuerza gravitacional, G es la constante gravitacional universal 6.67 x 10 ^ -11 N m ^ 2 / kg ^ 2, m es la masa de los objetos yd es la distancia entre sus centros.

La fuerza gravitacional entre dos objetos disminuirá exponencialmente a medida que se alejen más entre sí. Esto se debe a que la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, también conocida como ley del cuadrado inverso . Y aunque la fuerza de la gravedad puede parecer cero en el espacio, la gravedad está en todas partes todo el tiempo. Mientras haya objetos en el espacio, continuarán atrayéndose unos a otros con fuerza gravitacional, ¡incluso si no puede sentirlo!

Los resultados del aprendizaje

Terminar esta lección debería permitirle:

• Resumir la ley de gravitación universal de Newton
• Identificar la forma de ecuación de la ley de gravitación universal.
• Definir la ley del cuadrado inverso y explicar su significado para la ecuación de la fuerza gravitacional.