{"id":1075,"date":"2011-08-11T20:33:02","date_gmt":"2011-08-12T00:33:02","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.espol.edu.ec\/josmvala\/?p=1075"},"modified":"2011-08-11T21:19:45","modified_gmt":"2011-08-12T01:19:45","slug":"que-es-la-gravitacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.espol.edu.ec\/josmvala\/2011\/08\/11\/que-es-la-gravitacion\/","title":{"rendered":"Que es la Gravitaci\u00f3n?"},"content":{"rendered":"

Gravitaci\u00f3n<\/strong>,\u00a0propiedad\u00a0de\u00a0atracci\u00f3n mutua que poseen todos los objetos compuestos de materia. A veces se utiliza como sin\u00f3nimo el t\u00e9rmino gravedad<\/em>, aunque estrictamente este \u00faltimo s\u00f3lo se refiere a la fuerza gravitacional entre la Tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella. La gravitaci\u00f3n es una de las cuatro fuerzas b\u00e1sicas que controlan las interacciones de la materia; las otras tres son las fuerzas nucleares d\u00e9bil y fuerte, y la fuerza electromagn\u00e9tica. Hasta ahora no han tenido \u00e9xito los intentos de englobar todas las fuerzas en una teor\u00eda de unificaci\u00f3n, ni los intentos de detectar las ondas gravitacionales que, seg\u00fan sugiere la teor\u00eda de la relatividad, podr\u00edan observarse cuando se perturba el campo gravitacional de un objeto de gran masa.<\/p>\n

La\u00a0ley\u00a0de\u00a0la\u00a0gravitaci\u00f3n, formulada por vez primera por el f\u00edsico brit\u00e1nico Isaac Newton en 1684, afirma que la atracci\u00f3n gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de las masas de ambos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. En forma algebraica, la ley se expresa como<\/p>\n

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donde F<\/em> es la fuerza gravitatoria, m<\/em>1<\/sub> y m<\/em>2<\/sub> son las masas de los dos cuerpos, d<\/em> es la distancia entre los mismos y G<\/em> es la constante gravitatoria. El f\u00edsico brit\u00e1nico Henry Cavendish fue el primero en medir el valor de esta constante en 1798, mediante una balanza de torsi\u00f3n. El valor m\u00e1s preciso obtenido hasta la fecha para la constante es de 0,0000000000667 newtons-metro cuadrado por kilogramo cuadrado (6,67 \u00d7 10-11<\/sup> N m2<\/sup> kg-2<\/sup>). La fuerza gravitatoria entre dos cuerpos esf\u00e9ricos de un kilogramo de masa cada uno y separados por una distancia de un metro es, por tanto, de 0,0000000000667 newtons. Esta fuerza es extremadamente peque\u00f1a: es igual al peso en la superficie de la Tierra de un objeto de aproximadamente 1\/150.000.000.000 kilogramos.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Como la Luna tiene bastante menos masa que la Tierra, el peso de un cuerpo en su superficie es seis veces menor que el peso en la superficie terrestre. Esta gr\u00e1fica muestra la variaci\u00f3n del peso de un cuerpo (de peso w en la superficie de la Tierra) seg\u00fan su posici\u00f3n entre la Tierra y la Luna. Como los dos astros lo atraen en sentidos opuestos, hay un punto, situado a 346.000 kil\u00f3metros del centro de la Tierra, en el que las fuerzas se compensan y el peso es nulo.<\/p><\/div>\n

EFECTO DE LA ROTACI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

La\u00a0fuerza\u00a0de\u00a0la\u00a0gravedad que experimenta un objeto no es la misma en todos los lugares de la superficie terrestre, principalmente debido a la rotaci\u00f3n de la Tierra. La fuerza de la gravedad que se mide es en realidad una combinaci\u00f3n de la fuerza gravitatoria debida a la atracci\u00f3n terrestre y una fuerza centr\u00edfuga opuesta debida a la rotaci\u00f3n de la Tierra. En el ecuador, la fuerza centr\u00edfuga es relativamente elevada, lo que hace que la gravedad que se mide sea relativamente baja; en los polos, la fuerza centr\u00edfuga es nula, con lo que la gravedad que se mide es relativamente elevada. En el uso corriente, el t\u00e9rmino fuerza de la gravedad significa en realidad una combinaci\u00f3n de las fuerzas gravitatoria y centr\u00edfuga.<\/p>\n

ACELERACI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

La\u00a0gravedad\u00a0suele\u00a0medirse de acuerdo a la aceleraci\u00f3n que proporciona a un objeto en la superficie de la Tierra. En el ecuador, la aceleraci\u00f3n de la gravedad es de 9,7799 metros por segundo cada segundo, mientras que en los polos es superior a 9,83 metros por segundo cada segundo. El valor que suele aceptarse internacionalmente para la aceleraci\u00f3n de la gravedad a la hora de hacer c\u00e1lculos es de 9,80665 metros por segundo cada segundo. Por tanto, si no consideramos la resistencia del aire, un cuerpo que caiga libremente aumentar\u00e1 cada segundo su velocidad en 9,80665 metros por segundo. La ausencia aparente de gravedad durante los vuelos espaciales se conoce como gravedad cero o microgravedad.<\/p>\n


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Fragmento de <\/em>El quark y el jaguar.<\/em><\/strong><\/p>\n

De Murray Gell-Mann.<\/strong><\/p>\n

La gravitaci\u00f3n universal: Newton y Einstein.<\/strong><\/p>\n

La gravitaci\u00f3n constituye otro caso extraordinario de ley universal. Isaac Newton elabor\u00f3 la primera versi\u00f3n, seguida dos siglos y medio despu\u00e9s por otra m\u00e1s exacta, la teor\u00eda de la relatividad general de Albert Einstein.<\/em><\/div>\n
Newton tuvo su brillante intuici\u00f3n sobre la universalidad de la gravitaci\u00f3n a la edad de veintitr\u00e9s a\u00f1os. En 1665 la Universidad de Cambridge se vio obligada a cerrar sus puertas debido a la peste, y Newton, licenciado de nuevo cu\u00f1o, regres\u00f3 a la casa de su familia en Woolsthorpe, Lincolnshire. All\u00ed, entre 1665 y 1669, comenz\u00f3 a desarrollar el c\u00e1lculo diferencial e integral, as\u00ed como la ley de la gravitaci\u00f3n y sus tres leyes del movimiento. Adem\u00e1s, llev\u00f3 a cabo el famoso experimento de la descomposici\u00f3n de la luz blanca en los colores del arco iris por medio de un prisma. Cada uno de estos trabajos represent\u00f3 por s\u00ed solo un hito, y aunque a los historiadores de la ciencia les gusta recalcar que Newton no los complet\u00f3 en un \u00fanico annus mirabilis, admiten que dio un buen impulso a todos ellos en ese per\u00edodo de tiempo. Como le gusta decir a mi esposa, la poetisa Marcia Southwick, sin duda podr\u00eda haber escrito una redacci\u00f3n impresionante sobre el tema \u00abQu\u00e9 he hecho en mis vacaciones de verano\u00bb.<\/em><\/div>\n
La leyenda relaciona el descubrimiento de Newton de una ley universal de la gravitaci\u00f3n con la ca\u00edda de una manzana. \u00bfSucedi\u00f3 realmente dicho episodio? Los historiadores de la ciencia no est\u00e1n seguros, pero no rechazan completamente esta posibilidad, pues hay cuatro fuentes distintas que hacen referencia al mismo. Una de ellas es la versi\u00f3n del historiador Conduitt:<\/em><\/div>\n
\u00abEn 1666 se retir\u00f3 de nuevo... a su casa natal en Lincolnshire y, mientras estaba descansando en un jard\u00edn, se le ocurri\u00f3 que la fuerza de la gravedad (que hace caer al suelo las manzanas que cuelgan del \u00e1rbol) no estaba limitada a una cierta distancia desde la superficie de la Tierra, sino que podr\u00eda extenderse mucho m\u00e1s lejos de lo que se pensaba. \u00bfPor qu\u00e9 no tan lejos como la Luna?, se dijo, y si as\u00ed fuese tal vez podr\u00eda influir en su movimiento y retenerla en su \u00f3rbita. Inmediatamente comenz\u00f3 a calcular cu\u00e1les ser\u00edan las consecuencias de esta suposici\u00f3n, pero como no ten\u00eda libros a mano, emple\u00f3 la estimaci\u00f3n en uso entre ge\u00f3grafos y marinos desde que Norwood hab\u00eda establecido que un grado de latitud sobre la superficie de la Tierra comprende 60 millas inglesas. Con esta aproximaci\u00f3n sus c\u00e1lculos no concordaban con su teor\u00eda. Este fracaso le llev\u00f3 a considerar la idea de que, junto con la fuerza de gravedad, podr\u00eda superponerse la que la Luna experimentar\u00eda si se viese arrastrada en un v\u00f3rtice...\u00bb<\/em><\/div>\n
En esta narraci\u00f3n de los hechos pueden verse en acci\u00f3n algunos de los procesos que de vez en cuando tienen lugar en la vida de un cient\u00edfico te\u00f3rico. Una idea le asalta a uno repentinamente. La idea hace posible la conexi\u00f3n entre dos conjuntos de fen\u00f3menos que antes se cre\u00edan separados. Se formula entonces una teor\u00eda, algunas de cuyas consecuencias pueden predecirse; en f\u00edsica, el te\u00f3rico \u00abdeja caer un c\u00e1lculo\u00bb para determinarlas. Las predicciones pueden no estar de acuerdo con la experiencia, incluso aunque la teor\u00eda sea correcta, ya sea porque haya un error en las observaciones previas (como en el caso de Newton), ya sea porque el te\u00f3rico haya cometido un error conceptual o matem\u00e1tico al aplicar la teor\u00eda. En este caso, el te\u00f3rico puede modificar la teor\u00eda correcta (simple y elegante) y elaborar otra, m\u00e1s complicada, remendada a fin de acomodar el error. \u00a1Observemos el fragmento final de la cita de Conduitt sobre la peregrina fuerza de \u00abv\u00f3rtice\u00bb que Newton pens\u00f3 a\u00f1adir a la fuerza de gravedad!<\/em><\/div>\n
Finalmente, las discrepancias entre teor\u00eda y observaci\u00f3n se resolvieron y la teor\u00eda de la gravitaci\u00f3n universal de Newton fue aceptada hasta su sustituci\u00f3n en 1915 por la teor\u00eda de la relatividad general de Einstein, que concuerda con la de Newton en el dominio en que todos los cuerpos se mueven muy lentamente en comparaci\u00f3n con la velocidad de la luz. En el sistema solar, los planetas y sat\u00e9lites viajan a velocidades del orden de decenas de kil\u00f3metros por segundo, mientras que la velocidad de la luz es de alrededor de 300.000 kil\u00f3metros por segundo. Las correcciones einsteinianas de la teor\u00eda de Newton son pues pr\u00e1cticamente inapreciables, y s\u00f3lo pueden detectarse en un n\u00famero muy reducido de observaciones. La teor\u00eda de Einstein ha superado todas las pruebas a las que ha sido sometida.<\/em><\/div>\n
El reemplazo de una teor\u00eda excelente por otra a\u00fan mejor ha sido descrito de modo particular en el libro de Thomas Kuhn La estructura de las revoluciones cient\u00edficas, cuyo punto de vista ha ejercido una enorme influencia. Este autor presta especial atenci\u00f3n a los \u00abcambios de paradigma\u00bb, usando la palabra \u00abparadigma\u00bb en un sentido bastante especial (\u00a1podr\u00eda decirse que abusando de ella!). Su tratamiento enfatiza los cambios que, en cuestiones de principio, se producen al imponerse una teor\u00eda mejorada.<\/em><\/div>\n
En el caso de la gravitaci\u00f3n, Khun podr\u00eda se\u00f1alar el hecho de que la teor\u00eda newtoniana hace uso de la \u00abacci\u00f3n a distancia\u00bb, es decir, de una fuerza gravitatoria que act\u00faa instant\u00e1neamente, mientras que en la teor\u00eda einsteniana la interacci\u00f3n gravitatoria se propaga a la velocidad de la luz, al igual que la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica. En la teor\u00eda no relativista de Newton, el espacio y el tiempo se consideran separados y absolutos, y la gravedad no est\u00e1 relacionada en forma alguna con la geometr\u00eda; por su parte, en la teor\u00eda de Einstein, el espacio y el tiempo se confunden (como ocurre siempre en la f\u00edsica relativista) y la gravedad se halla \u00edntimamente relacionada con la geometr\u00eda del espacio-tiempo. La relatividad general, a diferencia de la gravitaci\u00f3n newtoniana, est\u00e1 fundamentada en el principio de equivalencia: es imposible distinguir localmente entre un campo gravitatorio y un sistema de referencia uniformemente acelerado (como un ascensor). Lo \u00fanico que un observador puede percibir o medir localmente es la diferencia entre su aceleraci\u00f3n propia y la aceleraci\u00f3n local debida a la gravedad.<\/em><\/div>\n
La interpretaci\u00f3n basada en el cambio de paradigma se centra en las profundas diferencias filos\u00f3ficas y de lenguaje entre la teor\u00eda antigua y la nueva. Kuhn no subraya el hecho (aunque, por supuesto, lo menciona) de que la vieja teor\u00eda puede proporcionar una aproximaci\u00f3n suficientemente v\u00e1lida para realizar c\u00e1lculos y predicciones dentro del dominio para el que fue desarrollada (en este caso ser\u00eda el l\u00edmite de velocidades relativas muy bajas). Sin embargo, me gustar\u00eda destacar esta caracter\u00edstica, pues en la competencia entre esquemas en el marco de la empresa cient\u00edfica, el triunfo de un esquema sobre otro no implica necesariamente que el anterior sea abandonado y olvidado. De hecho, al final puede ser utilizado con mucha mayor frecuencia que su m\u00e1s preciso y sofisticado sucesor. Eso es lo que pasa ciertamente con las mec\u00e1nicas newtoniana y einsteniana restringidas al sistema solar. La victoria en la pugna entre teor\u00edas cient\u00edficas competidoras puede ser m\u00e1s una cuesti\u00f3n de degradaci\u00f3n de la teor\u00eda antigua y promoci\u00f3n de la nueva que de muerte de la teor\u00eda desbancada. (Ni que decir tiene que a menudo la vieja teor\u00eda pierde todo valor, y entonces s\u00f3lo los historiadores de la ciencia se molestan en discutir sobre ella.)<\/em><\/div>\n
La ecuaci\u00f3n de Einstein para la relatividad general<\/em><\/div>\n
G\u00b5v<\/sub> <\/em>= 8 pKT\u00b5v<\/sub><\/strong><\/div>\n

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representa para la gravitaci\u00f3n lo que las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo. El lado izquierdo de la ecuaci\u00f3n hace referencia a la curvatura del espacio-tiempo (al campo gravitatorio), y el lado derecho a la densidad de energ\u00eda, etc., de todo lo que no es campo gravitatorio. Expresa en una \u00fanica y peque\u00f1a f\u00f3rmula las caracter\u00edsticas universales de los campos gravitatorios en todo el cosmos. A partir de las masas, las posiciones y las velocidades de todas las part\u00edculas materiales, puede calcularse el campo gravitatorio (y por lo tanto el efecto de la gravitaci\u00f3n sobre el movimiento de un cuerpo de prueba) sea cual sea el lugar y momento. Es \u00e9ste un esquema particularmente poderoso, que resume en un breve mensaje las propiedades generales de la gravedad en cualquier lugar.<\/em> <\/em><\/p>\n

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Un cr\u00edtico podr\u00eda exigir de nuevo que incluy\u00e9ramos como parte del esquema no s\u00f3lo la f\u00f3rmula, sino tambi\u00e9n una explicaci\u00f3n de los s\u00edmbolos que la componen. Mi padre, un abogado culto que batall\u00f3 por comprender la teor\u00eda de Einstein, sol\u00eda decir: \u00abMira qu\u00e9 simple y hermosa es esta teor\u00eda, pero \u00bfqu\u00e9 significan T<\/em>\u00b5v<\/sub> <\/em>y G\u00b5v<\/sub>?\u00bb Como en el caso del electromagnetismo, aunque se tenga que incluir todo un curso de matem\u00e1ticas dentro del esquema, la ecuaci\u00f3n de Einstein seguir\u00e1 siendo un prodigio de compresi\u00f3n, puesto que describe el comportamiento de todos los campos gravitatorios dondequiera que se encuentren. El esquema ser\u00e1 todav\u00eda extraordinariamente peque\u00f1o, y su complejidad muy baja. La teor\u00eda de la relatividad general de Einstein para la gravedad es, pues, simple.<\/div>\n
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BIBLIOGRAF\u00cdA<\/strong><\/p>\n

Fuente: Gell-Mann, Murray.\u00a0El quark y el jaguar.\u00a0Traducci\u00f3n de Ambrosio Garc\u00eda y Romualdo Pastor. Barcelona: Tusquets Editores, 1995.<\/p>\n

Davies, P. C. W. y otros. Supercuerdas. \u00bfUna teor\u00eda del todo? Madrid: Alianza Editorial, 1990. Visi\u00f3n general de esta teor\u00eda que incluye una amplia introducci\u00f3n de sus principios f\u00edsicos.<\/div>\n
Hawking, Stephen. Historia del tiempo. Madrid: Alianza Editorial, 1985. Obra de divulgaci\u00f3n sobre la teor\u00eda de la relatividad, la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y la cosmolog\u00eda contempor\u00e1nea.<\/div>\n
Narlikar, Jayant. Fen\u00f3menos violentos en el Universo. Madrid: Alianza Editorial, 1983. An\u00e1lisis de las teor\u00edas sobre la gravitaci\u00f3n y el Big Bang.<\/div>\n
Layzer, David. Construcci\u00f3n del Universo. Barcelona: Prensa Cient\u00edfica, 1989. Estudio de las dos grandes teor\u00edas sobre el espacio, la gravitaci\u00f3n y el tiempo.<\/div>\n
Microsoft \u00ae Encarta \u00ae 2009. \u00a9 1993-2008 Microsoft Corporation.<\/div>\n<\/div>\n

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