Gravedad

Te explicamos qué es la gravedad, su descubrimiento y cómo puede medirse. Además, cuáles son sus características, fórmula y más.

¿Qué es la gravedad?

La fuerza de gravedad (o simplemente gravedad) es la fuerza por la cual los cuerpos dotados de masa se atraen entre sí de una manera recíproca. Su mayor o menor intensidad depende de la masa de los cuerpos. Es una de las cuatro interacciones fundamentales conocidas de la materia y se le puede llamar también “gravitación” o “interacción gravitatoria”.

La gravedad es la fuerza que sentimos cuando el planeta Tierra atrae a su centro a los objetos que lo rodean, esa misma que hace que las cosas caigan. También es responsable de que los planetas orbiten alrededor del Sol, atraídos por su masa a pesar de las extensas distancias que los separan de él.

La intensidad de esta fuerza guarda relación con la velocidad con que los planetas orbitan: los más cercanos al Sol son más veloces y los más lejanos más lentos. Esto indica que la gravedad es una fuerza que, si bien afecta a los objetos muy masivos aun a grandes distancias, su intensidad decrece a medida que los objetos se alejan unos de otros.

¿Cómo fue descubierta la gravedad?

Desde sus primeras épocas el ser humano comprende que las cosas caen cuando no se aplica sobre ellas alguna fuerza que las sostenga.

Sin embargo, el estudio formal de esa fuerza que las empuja hacia “abajo” no se llevó a cabo hasta el siglo IV a. C, cuando el filósofo griego Aristóteles esbozó las primeras teorías.

En su concepción universal, la Tierra era el centro del universo y, por lo tanto, la protagonista de una fuerza invisible que atraía todo hacia ella. A esta fuerza se la llamó durante la época romana “gravitas”, vinculada con la idea de peso, ya que en esas épocas no se distinguía entre el peso de un objeto y su masa.

Estas teorías fueron luego revolucionadas por Copérnico y Galileo Galilei. Sin embargo, fue Isaac Newton quien propuso el término “gravitación”. Se realizaron también entonces los primeros intentos formales de medir la gravedad y elaborar una teoría, que se llamó Ley de Gravitación Universal.

¿Cómo se mide la gravedad?

La fuerza de gravedad se mide en relación a sus efectos, es decir, a la aceleración que imprime sobre los objetos movilizados por ella, por ejemplo, aquellos que se encuentran en caída libre.

Sobre la superficie de la Tierra, esta aceleración se ha calculado en unos 9,80665 m/s² Esta cifra puede variar mínimamente dependiendo del lugar geográfico y de la altura a la cual nos encontremos.

Unidades de medición de gravedad

La gravedad se mide con dos magnitudes distintas dependiendo qué quiere estudiarse:

• Fuerza. Cuando se mide como fuerza, se utilizan Newtons (N), unidad del Sistema Internacional (SI) que homenajea a Isaac Newton. La fuerza gravitatoria es la fuerza que siente un cuerpo al ser atraído por otro.
• Aceleración. En estos casos, se mide la aceleración que obtiene un cuerpo al ser atraído por otro. Al tratarse de una aceleración, se utiliza la unidad m/s².

Es importante notar que dados dos cuerpos, la fuerza gravitatoria que siente cada uno es la misma por el principio de acción y reacción. Lo que difiere es la aceleración porque las masas son distintas. Por ejemplo, la fuerza que la Tierra le hace a nuestro cuerpo es igual a la fuerza que nuestro cuerpo le hace a la Tierra. Pero como la masa de la Tierra es mucho mayor a la de nuestro cuerpo, el planeta no se acelera para nada, no se mueve.

Fórmula de la gravedad

La fuerza gravitacional puede calcularse a través de distintas fórmulas, que varían según el enfoque físico específico con que se la aborde: mecánica clásica, mecánica relativista o mecánica cuántica. Cada una toma distintos elementos en consideración y se ocupa de una perspectiva específica.

Por ejemplo, según las leyes de Newton, la gravedad que actúa entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas (m) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (d) que los separa:

F_g = m1.m2/d²

Gravedad en la mecánica clásica

La gravedad en la mecánica clásica o newtoniana obedece a las formulaciones empíricas de Newton, que abordan las fuerzas y los elementos físicos dentro de un necesario marco de referencia fijo. Esta gravedad es válida en sistemas de observación inerciales que se consideran universales para efectos del estudio.

Según la mecánica clásica, la fuerza gravitatoria se determina como:

• Una fuerza siempre atractiva.
• Que presenta alcance infinito.
• Que presenta una fuerza asociada de tipo central.
• Que es más intensa a mayor cercanía entre los cuerpos y más débil a menor cercanía.
• Se calcula empleando la Ley de Gravitación Universal de Newton.

Esta ley de la naturaleza tiene implicaciones importantísimas para el estudio de muchísimos fenómenos naturales, tanto en el mundo como en el universo. La teoría de la gravitación de Newton fue y es considerada hoy tal cual la enunció el físico inglés. Sin embargo, la teoría más completa de la gravedad fue introducida por Albert Einstein en su famosa teoría de la relatividad general.

La teoría de Newton es una aproximación a la de Einstein, que resulta fundamental a la hora de estudiar regiones del espacio donde la gravedad es mucho mayor que la que experimentamos en la Tierra.

Gravedad en la mecánica relativista

La mecánica relativista de Einstein rompió con la teoría Newton en determinados ámbitos, sobre todo los aplicables a la consideración espacial. Las leyes clásicas pierden efectividad a distancias como las que hay entre los astros y sin un punto de referencia universal y estable, dado que todo el universo se encuentra en movimiento.

Según la mecánica relativista, la fuerza de la gravedad no existe como una interacción que aparece sin más cuando dos objetos masivos están próximos uno de otro, sino que es el resultado de la deformación geométrica del espacio-tiempo ocasionada por las grandes masas de los astros. Eso significa que la gravedad incluso afecta al tiempo.

Gravedad según la mecánica cuántica

No existe en la actualidad una teoría cuántica de la gravedad. Esto se debe a que la física de las partículas subatómicas de las que se ocupa la física cuántica es muy distinta a la de los astros muy masivos y aún no se ha podido encontrar una teoría de la gravedad que una ambos mundos (el cuántico y el relativista).

Se han propuesto teorías que lo intentan, como la gravedad cuántica de bucles, la teoría de supercuerdas o la teoría de twistores. Sin embargo, ninguna ha podido ser validada.

Descubrimiento de ondas gravitatorias

En febrero de 2016 se anunció la detección (por primera vez en la historia) de ondas gravitacionales que parecen confirmar las teorías de Einstein.

Se estima que estas ondas fueron producidas por eventos masivos ocurridos en el espacio a miles de millones de años luz de nuestro planeta, como fusiones de agujeros negros o supernovas masivas. Este hallazgo fue realizado en los laboratorios de LIGO en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana, EEUU.

Ingravidez

La ingravidez es el estado de un cuerpo que experimenta la ausencia (real o aparente) de la atracción gravitatoria sobre sí. Esto ocurre, por ejemplo, con los astronautas en el espacio exterior.

Ejemplos de la fuerza de gravedad

Algunos ejemplos del accionar de la fuerza de gravedad son:

• La aceleración de un objeto en caída libre. Sobre un objeto en caída libre actúa la fuerza gravitatoria que la Tierra ejerce sobre él y, como consecuencia, el cuerpo tiene una aceleración (la de la gravedad) y, por lo tanto, su velocidad aumenta a medida que desciende.
• Un objeto arrojado en línea recta. En este caso, la acción de la gravedad (que empuja al objeto hacia abajo) hace que su trayectoria, originalmente en dirección horizontal, se curve y resulte en una oblicua y haga que el objeto finalmente caiga al suelo.
• La órbita de los planetas. Los planetas orbitan alrededor de astros de mayor tamaño, como ocurre con los planetas del Sistema Solar alrededor del Sol. Lo mismo ocurre con las lunas y satélites artificiales en torno a los planetas.

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Referencias:

• “Gravedad” en Wikipedia.
• “¿Qué es la gravedad?” en EspacioCiencia.com.
• “Características básicas de la gravedad” en Astronomía.net.
• “Características de la gravedad en la Tierra” en Galaxiainfor.
• “What is Gravity?” en Nasa Space Place.
• “Gravity (physics)” en The Enciclopaedia Britannica.