Gravedad

Uno de nuestros lectores está intrigado con la gravedad. No sabe qué es (aunque no duda en crear ideas sobre lo que posiblemente sea) y le gustaría saber más sobre ella.

¿Quién se anima a escribir una pequeña reseña sobre la gravedad digamos a nivel de una persona de preparatoria? Órale, no sean huevones!!!

12 Responses to Gravedad

  1. Omar Ruiz dice:

    ¿Gravedad?….ohh! si, gravedad!!!
    Pues, por donde empezar. Hay una pregunta que cualquiera se podría formular, ¿Por qué las cosas caen? Y claro cualquiera puede responder ¡gravedad!, pero ¿que es la gravedad?, no puedo decir que es en si la gravedad, pero si un acercamiento de cómo interactúa.

    Regresamos a nuestra primer pregunta, ¿Por qué las cosas caen?, tomando el ejemplo de nuestro planeta y sus pequeños “inquilinos” que es toda la materia que se encuentra en su superficie hasta una cierta distancia, me refiero a inquilinos ya que la masa de la tierra es mucho mayor a la de cualquier objeto en la superficie o mas allá de ella, es precisamente, la masa de la tierra la que hace que todas las cosas caigan en dirección a su centro con una cierta aceleración “g” que sabemos es aproximadamente 9.8 m/s2,¿pero de donde salió esa “g”?, para eso recurrimos a la formula de Gravitación universal de Newton que es F =G mM/r^2 , donde ”G” es la constante de gravitación universal mientras que “m” y ”M” son las respectivas masas de los objetos y “r” la distancia entre las masas, ahora utilizamos las 2ª ley de Newton F =ma_g, donde “a_g” es una cierta aceleración gravitacional y sustituyendo con la formula de gravitación universal tenemos que a_g=G M/r^2 , pero al calcular esta cierta aceleración se puede notar que a_g≠g, en la superficie de la tierra, ¿pero entonces en que difieren los cálculos?, para empezar tenemos que 1) la tierra no es uniforme, 2) no es una esfera, 3) esta girando, entonces haciendo los cálculos debidos tomando en cuenta estos 3 aspectos, tenemos nuestra constante “g”.

    Pero si en esencia la formula de gravitación universal de Newton nos dice la fuerza de atracción entre las 2 masas entonces tomando el ejemplo de la tierra y un “inquilino”, una manzana por ejemplo, podemos decir que si la tierra atrae a la manzana ¿la manzana atrae también a la tierra?, y pues si, en efecto, la manzana atrae a la tierra solo que muy débilmente, ya que la masa de la tierra es mucho mayor a la manzana.

    Con esto podemos concluir que conforme mas te alejes del centro de masa de la tierra la fuerza de atracción es menor, por lo tanto la aceleración también lo será. Y también podemos decir como funciona la gravedad mas allá de nuestro planeta gracias a la formula de gravitación universal de newton, donde por ejemplo nuestro sistema solar mantiene un equilibrio gravitatorio con respecto al sol y los demás planetas, o que nuestra galaxia mantiene un equilibrio con su centro denso de estrellas o también se podría decir un agujero negro súper masivo que mantiene los brazos en espiral de nuestra galaxia, o mas allá todavía nuestro conjunto local de galaxias que también comparte atracciones gravitacionales entre si, donde nuestra vía láctea y Andrómeda dominan en masa y así sucesivamente. Solo que por ejemplo si sabemos que las galaxias se separan unas de otras por la expansión del universo, esperaríamos que esta separación fuera mas lenta, ya que la gravitación universal nos dice que a mayor distancia menor fuerza, pero lo que se ha medido es todo lo contrario, en vez de una desaceleración, tenemos una aceleración por parte de las galaxias que la gravitación universal no predice y que para lograr explicar esto se tuvo que añadir una cierta “energía oscura” presente en el universo macroscópico.

    Ahora si tomamos en cuenta la teoría general de la relatividad de Einstein, atribuimos la gravedad a una cierta curvatura en el espacio-tiempo causada por la masa, entonces en un espacio-tiempo plano, las trayectorias paralelas permanecen así, mientras que en uno curvado por una cierta masa, las trayectorias paralelas empiezan a converger, así mismo la luz puede desviarse de su trayectoria donde podemos ver ciertos objetos, que en realidad no están ahí. Y si hablamos de una masa muy muy grande en un espacio muy muy reducido (como un agujero negro) esas trayectorias van a converger aun más y más hasta que ni siquiera la luz pueda escapar de ella.

    ¿Debemos atribuir la gravitación a la curvatura de espacio-tiempo originada por la presencia de masas o a una fuerza entre masas?, ¿o atribuirla a las acciones de un tipo de partícula fundamental llamada gravitón?, y es esto mismo lo que aun se sigue investigando, ya que no se sabe.

    Espero que esto sirva de algo.

    ¡Saludos!

  2. Arturo Bg dice:

    Citando del comentario anterior… “ya que la masa de la tierra es mucho mayor a la de cualquier objeto en la superficie o mas allá de ella”.

    El sol se encuentra más allá de la superficie de la tierra y su masa es mucho (MUCHO) más grande que la masa de la tierra. o ¿Más allá hasta donde?

  3. Omar Ruiz dice:

    Si, si, claro, se me paso. Hasta una cierta distancia “r” donde la trayectoria de cualquier objeto sea alterada por la curvatura del espacio-tiempo de la tierra. El sol como el ejemplo de la manzana y la tierra interactúa con la tierra pero también con toda la materia que se encuentra dentro de la curvatura espacio-tiempo del sol y así sucesivamente, yéndonos a escalas mayores.

  4. Otro comentario más dice:

    Pienso que quizás yo le diría: Imagina que estás en un espacio completamente vacío. Sólo estás tú, flotando…(y no necesitas respirar, claro jeje ¬¬), entonces tú traes un cacahuate en el bolsillo, lo tomas con la mano y lo llevas hasta delante de ti, hasta donde tu brazo alcance, ya que lo tengas ahí, sueltas el cacahuate. Lo que ves ahora es que el cacahuate se acerca a ti.
    La gravedad es ese “algo” que hace que el cacahuate se acerque , que el cacahuate sienta una fuerza que lo atrae hacia a ti; y en realidad también tú sientes una fuerza de atracción hacia el cacahuate, pero éste es muchas veces más pequeño que tú, que quizás sólo notes que él es el que se acerca. De la misma manera, si tuviéramos una forma de ver lo que sucede en un lugar sin que algo más esté presente (es decir, sin perturbar el fenómeno, la cosa que suceda) y colocáramos dos pelotas de tennis que tuvieran exactamente la misma masa, lo que veríamos sería que las dos pelotas se van acercando una hacia la otra hasta estar juntas, justo a la mitad de la distancia a la que estaban.
    Entonces no está mal decir que la gravedad es la fuerza (siempre atractiva) que siente un cuerpo con masa en presencia de otro, de hecho se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.
    Bueno, pues lo mismo pasa con la Tierra y nosotros.
    Esta fuerza que sienten los cuerpos con masa es descrita por la fórmula de la gravitación universal de Newton que dice que la fuerza que siente un cuerpo con masa en presencia de otro, es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
    Y aunque Newton sabía decirnos de forma precisa cómo se comporta cuantitativamente (la fórmula arroja un número) la fuerza gravitacional entre dos cuerpos con masa, siempre se sintió insatisfecho por no poder explicarse físicamente el fenómeno de atracción gravitacional, porque la fórmula no aclara la naturaleza de dicha fuerza, así que sólo sabía cómo se atraían los cuerpos, pero no por qué. De hecho hasta legó a sugerir que la atracción gravitacional, sin causa mecánica aparente, demostraba la existencia de Dios ¬¬,porque, decía él que de otra forma un cuerpo no podría saber la existencia de otro para interactuar con él. Luego de eso lo pensó mejor, ya en un plano menos místico jeje, y dijo que quizás el espacio no estaba realmente vacío, que en realidad estaba lleno de una sustancia sutil: éter, que era imperceptible para nosotros pero por medio del cual se producía la atracción gravitatoria. Bueno, de hecho la idea del éter ya había sido propuesta por varios filósofos antes de Newton.
    …y pues la gente siguió pensando en el éter, aunque algunas cosas no encajaban ¬¬, pero esto dejó de pensarse hasta principios del siglo veinte, cuando Einstein. Él explicó que la gravedad es una ilusión, una fuerza teórica, un efecto de la geometría de la Tierra que deforma el espacio-tiempo.

  5. tay angulo dice:

    hola fefo, yo lo escribo……………

  6. Carlos Alvarado dice:

    Sólo quiero hacer notar que la Tierra atrae a la manzana una fuerza igual a la que ejerce ésta sobre la Tierra. La diferencia es la aceleración que produce uno de estos cuerpos sobre el otro, de modo que notamos únicamente la aceleración de la manzana pero no la aceleración de tal fruta sobre el planeta entero. Por otra parte, ¿que no la teoría del éter lo sugería a éste como el medio de transmisión de los rayos lumínicos? No había escuchado su hipotética relación con la atracción gravitacional.

  7. Otro comentario más dice:

    Muchas gracias por tu comentario Carlitox, no fui muy clara, debí ser más explícita, espero no haber confundido más al lector interesado.
    Bien, a mí no me gustan las manzanas pero sí el tennis y los cacahuates, citando mi comentario de antes:

    “La gravedad es ese “algo” que hace que el cacahuate se acerque, que el cacahuate sienta una fuerza que lo atrae hacia a ti, y en realidad también tú sientes una fuerza de atracción hacia el cacahuate, pero éste es muchas veces más pequeño que tú, que quizás sólo notes que él es el que se acerca.”

    Para empezar no debí decir que verías que se aceleraba más a prisa el cacahuate por ser más pequeño,lo que quise decir es por ser menos masivo, ups!.
    Debí decir que el cacahuate atrae al sujeto con una fuerza de igual magnitud que la que ejerce el sujeto sobre el cacahuate, y que la diferencia radica en la aceleración. Pues bien, ¡hagamos el cálculo!, aunque me gusta más el tennis que los cacahuates, creo que el punto quedará mejor explicado en la exótica situación del sujeto comiendo cacahuates en el espacio vacío.

    Sea m la masa del cacahuate, M la del sujeto y r la distancia entre estos dos, donde M \gg m y G la constante de la gravitación universal.

    Sabemos que la fuerza es el producto de masa por aceleración
    y que f = GmM/r^2

    La fuerza que actúa sobre m es f=ma, entonces

    m.a = GmM/r^2, así vemos que
    a = GM/r^2 que es la aceleración con que se mueve el cacahuate de masa m, de la misma forma la aceleración con que se mueve M es
    A = Gm/r^2. Entonces…¿Cuál aceleración es mayor?, pues es fácil ver que si M \gg m, a > A.
    Así que el cacahuate se mueve más rápido en cada instante que el sujeto, por eso dije que quizás sólo notarás que el cacahuate es el que se mueve.

  8. Otro comentario más dice:

    Bueno Carlos, sobre el éter, mmm…
    Pues sí la luz era una de las las razones por las ocupaban al éter, pero no, en realidad lo ocupaban para muchas cosas más que no se podían explicar, a ver…
    Primero, como dije en el primer comentario, una vez leí que Newton se sentía insatisfecho por no poder explicar realmente el por qué de la atracción gravitatoria, dije que incluso llegó a sugerir que la atracción gravitacional sin causa mecánica aparente, demostraba la existencia de Dios ¬¬, porque, decía él que de otra forma un cuerpo no podría saber la existencia de otro para interactuar con él; pero luego propuso que quizás el espacio no estaba realmente vacío, que en realidad estaba lleno de una sustancia sutil: éter, que era imperceptible para nosotros pero por medio del cual se producía la atracción gravitatoria, él necesitaba el éter porque necesitaba un medio para que se propagara esta fuerza.
    De hecho René Descartes había intentado explicar el movimiento de los planetas por medio de torbellinos en el éter: los planetas serían arrastrados en círculos alrededor del Sol tal como corchos que flotan en un remolino de agua, pero por supuesto que los torbellinos de Descartes fueron desechados a favor de la atracción gravitacional propuesta por Newton, pero aún así el éter siguió estando en la mente de la gente de aquella época.
    Mmmm… de hecho hay una carta de Newton a Boyle en Febrero de 1679 donde le dice sobre su hipóstesis de una sutil sustancia (éter) através de la cúal sucede la atracción gravitacional.

  9. Ray dice:

    Tratare de dar una explicacion lo mas sencilla posible acerca de la vision de la gravedad dentro de la relatividad general.
    Empezaremos con algunos conceptos utiles:
    Un sistema de referencia inercial es todo sistema de referencia donde todas las leyes de la fisica se cumplen identicamente. La forma mas clara de reconocer un sistema de referencia inercial es pensar que uno va en el espacio a velocidad constante (cualquier velocidad constante, incluso 0) en una nave en la cual no puede ver nada del exterior, entonces no es posible hacer algun experimento o medicion que permita darse cuenta de a que velocidad se esta moviendo, en el caso que la nave comenzara a acelerar, seria facil medir esta aceleracion, por ejemplo con un pendulo, pero en el momento que la nave dejara de acelerar, de nuevo volveriamos a velocidad constante y solo podriamos decir cuanta velocidad se ha ganado multiplicando la aceleracion por el tiempo que duro, sin embargo, de no haber medido la aceleracion, seria imposible decir que velocidad se lleva. Los dos sistemas de referencia, antes y despues de la aceleracion (y cualquier otro que se mueva a velocidad constante), son inerciales por que son completamente indistinguibles estando dentro de ellos, el sistema de referencia intermedio no es inercial ya que existe una aceleracion que lo distingue de otros. En relatividad especial, para pasar de un sistema de referencia inercial a otro hay que hacer una transformacion de Lorentz en las 4 dimensiones (1 del tiempo y 3 espaciales), que es como sumar o restar velocidades y tiempos de referencia, pero de una manera distinta a la clasica, ya que la velocidad de la luz tiene que ser siempre la misma, asi que lleva a cosas como la dilatacion del tiempo y la contraccion de las dimensiones espaciales.
    Hemos dicho que un sistema de referencia acelerado no es inercial por que se distingue de otros, desde este punto de vista, un objeto callendo en un campo gravitacional estaria en un sistema de referencia no inercial, pero tratemos de imaginar un poco mas alla:
    Digamos que vamos en un avion y que se apagan los motores asi que comenzamos a caer, el avion y todo lo que este en su interior, con la misma aceleracion; sí no le temes a estar en un avion que va en caida libre podras levantarte y darte cuenta que puedes flotar en el espacio del avion, como si no hubiera gravedad, puedes lanzar un objeto y verias que este sigue una trayectoria rectilinea justo en la direccion que lo aventaste hasta que actue otra fuerza sobre el, y lo mas importante, no hay nada que puedas hacer dentro del avion para conocer la velocidad a la que esta callendo (con la excepcion de multiplicar el tiempo transcurrido por la aceleracion de la gravedad), es como si estuvieras en la nave en el espacio a velocidad constante, claro, hasta que el avion se encuentre con el piso o con alguna torre y te evapores.
    Entonces, ¿que pasa con la gravedad?, ¿por que caer acelerado por un campo gravitacional es igual que ir a velocidad constante en el espacio donde no hay gravedad?, seria razonable pensar que estar callendo a travez de un campo gravitacional es estar en un sistema de referencia inercial. Volteemos hacia la relatividad especial, donde las transformaciones de lorentz nos dicen como pasar de un sistema de referencia inercial a otro, ahora, si tomamos el campo gravitacional como un sistema de referencia inercial cuya geometria 4-dimensional ha sido modificada por la presencia de una masa, los cuerpos tienen que seguir la trayectoria mas corta en su recorrido sobre la geometria, trayectorias conocidas como geodesicas, entonces los cuerpos masivos deforman la geometria provocando que los cuerpos que se mueven en ella cambien su trayectoria rectilinea por alguna otra que siga estando sobre la geometria deformada y que siga siendo la trayectoria mas corta. Nosotros no podemos ver esta deformacion de la geometria, y estando en un sistema de referencia disntinto al de la caida libre (por ejemplo en la superficie de la tierra), tenemos que agregar una fuerza aparente conocida como fuerza de gravedad para poder describir la cinetica de los cuerpos que se mueven a travez de esta geometria deformada.
    Ahora la gravedad no es asunto exclusivo de los cuerpos con masa, cualquier objeto que recorra una geometria deformada por una masa modificara su camino, incluso si no tiene masa, por ejemplo, la luz, que se ha comprobado que se curva al pasar en las cercanias de objetos masivos, llevando a fenomenos como lentes gravitacionales y agujeros negros.
    Esto se explica de una manera mucho mas precisa en la teoria general de la relatividad, que, como cualquier otra teoria logicamente fundamentada, requiere de ser estudiada, pensada y repetida por la persona a la que le interese. si es que realmente quiere saber como es que funcionan estas cosas.

  10. Otro comentario más dice:

    Como último comentario, creo que no dijimos mucho de por qué descartar la acción a distancia de Newton.
    Si te fijas, para Newton, cuerpos que se encuentran a distancias muy muy lejanas de un cuerpo tiene un efecto instantáneo sobre él y esto contradice al hecho de que nada es más rápido que la luz, y ese es un problema muy feo.

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