Ley de Gravitación Universal es una fuerza de atracción mutua actúa entre todos los cuerpos del Universo.
Isaac Newton según relatos más populares; todo comenzó mientras caminaba por un huerto de manzanas en la finca de sus padres y de repente vio la luna en el cielo durante el día. Allí mismo ante sus ojos, una manzana se desprendió de la rama cayendo al suelo. Dado que Newton en ese mismo momento estaba trabajando en las leyes del movimiento (ver las leyes de la mecánica de Newton ); ya sabía que la manzana cayó bajo la influencia del campo gravitacional de la Tierra.
También sabía que la Luna no solo cuelga del cielo, sino que gira en una órbita alrededor de la Tierra. Por lo que pensaba que era afectada por algún tipo de fuerza; la cual evita que se salga de la órbita y vuele en línea recta hacia el espacio. Entonces se le ocurrió que quizás es una fuerza; la misma fuerza la que hace que la manzana caiga al suelo y la luna se quede en órbita terrestre baja.
Introducción a la Ley de Gravitación
Cuando los grandes predecesores de Newton (Galileo) estudiaron el movimiento uniformemente acelerado de los cuerpos que caían a la superficie de la Tierra. Ellos estaban seguros de que estaban observando un fenómeno de naturaleza puramente terrestre, que existía solo cerca de la superficie de nuestro planeta. Cuando otros científicos, como Johannes Kepler (ver las leyes de Kepler), estudiaron el movimiento de los cuerpos celestes; creían que en las esferas celestes operan leyes de movimiento completamente diferentes a las leyes que rigen el movimiento aquí en la Tierra.
La historia de la ciencia testifica que casi todos los argumentos sobre el movimiento de los cuerpos celestes antes de Newton; se reducían principalmente al hecho de que los cuerpos celestes, al ser perfectos, se mueven en órbitas circulares debido a su perfección; ya que un círculo es una figura geométrica ideal. Por lo tanto, en términos modernos, se creía que existen dos tipos de gravedad; y esta idea estaba firmemente arraigada en la mente de la gente de esa época.
Todo el mundo creía que hay gravedad terrestre actuando sobre una Tierra imperfecta, y hay gravedad celestial actuando sobre un cielo perfecto. La intuición de Newton estaba precisamente en el hecho de que combinó estos dos tipos de gravedad en su conciencia. A partir de este momento histórico, la separación artificial y falsa de la Tierra y el resto del Universo dejó de existir.
Fórmula de la Ley de Gravitación Universal
Los resultados de los cálculos de Newton se denominan ahora ley de gravitación universal de Newton . Según esta ley, una fuerza de atracción mutua actúa entre cualquier par de cuerpos del Universo. Como todas las leyes físicas, tiene la forma de una ecuación matemática. Si M y m son las masas de dos cuerpos y D es la distancia entre ellos; entonces la fuerza F de atracción gravitacional mutua entre ellos es igual a:
F = GMm / D 2
Donde G es la constante gravitacional determinada experimentalmente. En unidades SI, es aproximadamente 6,67 × 10 –11 .
Hay varios puntos importantes que deben destacarse sobre esta ley. Primero, su acción se aplica explícitamente a todos los cuerpos materiales físicos del Universo sin excepción. Están experimentando fuerzas iguales y opuestas de atracción gravitacional mutua. Por supuesto, estas fuerzas son tan pequeñas que incluso los instrumentos modernos más precisos no las detectarán, pero realmente existen y se pueden calcular. De la misma manera, experimentan una atracción mutua con un cuásar distante, a decenas de miles de millones de años luz de distancia de ti. Las fuerzas de esta atracción son demasiado pequeñas para ser registradas y medidas por instrumentos.
El segundo punto es que la fuerza gravitacional de la Tierra; en su superficie afecta por igual a todos los cuerpos materiales ubicados en cualquier parte del mundo. En este momento, la gravedad está actuando sobre ti, calculada de acuerdo con la fórmula anterior, y realmente la sientes como tu peso. Si dejas caer algo, se precipitará al suelo con la misma fuerza. Galileo fue el primero en medir experimentalmente el valor aproximado de la aceleración gravitacional (ver Ecuaciones de movimiento uniformemente acelerado) cerca de la superficie de la Tierra. Esta aceleración se denota con la letra g.
Para Galileo, g era simplemente una constante medida experimentalmente. Según Newton, la aceleración de la gravedad se puede calcular sustituyendo la masa de la Tierra M y el radio de la Tierra D en la fórmula de la ley de la gravitación universal. Según la segunda ley de la mecánica newtoniana , la fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a su masa multiplicada por la aceleración. Así, lo que para Galileo era simplemente un tema de medición, para Newton se convierte en tema de cálculos matemáticos o predicciones.
Finalmente, la ley de la gravitación universal explica la estructura mecánica del sistema solar; y las leyes de Kepler que describen las trayectorias de los planetas pueden derivarse de ella. Para Kepler, sus leyes eran puramente descriptivas; el científico simplemente generalizó sus observaciones en forma matemática, sin dar ningún fundamento teórico a las fórmulas. Según Newton, las leyes de Kepler se convierten en una consecuencia directa de las leyes universales de la mecánica y la ley de la gravitación universal. Es decir nuevamente observamos cómo las conclusiones empíricas; obtenidas en un nivel se convierten en conclusiones lógicas estrictamente fundamentadas cuando pasamos a la siguiente etapa de profundización de nuestro conocimiento del mundo.
La imagen de la estructura del sistema solar; que surge de estas ecuaciones y une la gravedad terrestre y celestial, se puede entender con un simple ejemplo. Suponga que está parado al borde de un acantilado escarpado, junto a usted hay un cañón y una pila de balas de cañón. Si simplemente deja caer el núcleo desde el borde del acantilado verticalmente, comenzará a caer vertical y uniformemente. Su movimiento será descrito por las leyes de Newton para el movimiento uniformemente acelerado de un cuerpo con aceleración g. Si ahora dispara una bala de cañón en la dirección del horizonte, volará y caerá en un arco.
Y en este caso, su movimiento será descrito por las leyes de Newton; solo que ahora se aplican a un cuerpo que se mueve bajo la influencia de la gravedad y que tiene una cierta velocidad inicial.en el plano horizontal. Ahora, mientras carga un cañón cada vez más pesado y dispara una y otra vez; encontrará que a medida que cada cañón sucesivo sale del cañón a una velocidad inicial más alta; las balas de cañón caen cada vez más lejos de la base del acantilado.
Ahora imagina que has cargado tanta pólvora en el cañón que la velocidad del cañón es suficiente para volar alrededor del mundo. Si descuidamos la resistencia del aire, el núcleo, habiendo volado alrededor de la Tierra, volverá a su punto de partida exactamente a la misma velocidad con la que salió volando originalmente del cañón. Está claro lo que sucederá a continuación: el núcleo no se detendrá allí y continuará girando círculo tras círculo alrededor del planeta.
En otras palabras, obtendremos un satélite artificial girando alrededor de la Tierra en órbita, como un satélite natural la Luna. Entonces, pasamos gradualmente de describir el movimiento de un cuerpo que cae exclusivamente bajo la influencia de la gravedad terrestre; a describir el movimiento de un satélite (Luna) en su órbita, sin cambiar la naturaleza del efecto gravitacional de «terrestre» a «celestial». Fue esta idea la que le permitió a Newton unir las dos fuerzas de atracción gravitacional que antes se consideraban de naturaleza diferente.
