Todos hemos oído el relato del episodio en que cayó una manzana sobre el joven Isaac Newton, cuando estaba sentado...
Ley de la Gravitación Universal, de Newton
Todos hemos oído el relato del episodio en que cayó una manzana sobre el joven Isaac Newton, cuando estaba sentado a la sombra de un manzano. Este incidente puso a pensar a Newton en la caída de los cuerpos y le llevó, a la edad de 23 años, al descubrimiento de la Ley de la Gravitación Universal. Newton descubrió también la Ley de la Inercia, la tendencia de todo objeto a moverse en línea recta a menos que alguna fuerza influencie su movimiento. La Luna, razonó Newton, se movería en línea recta a menos que alguna fuerza la jale constantemente hacia la Tierra, como si existiera una cuerda invisible entre los dos cuerpos celestes. Newton llamó a esta fuerza “gravedad” y creyó que debía actuar a distancia, sin la necesidad de una entidad física (como una cuerda) conectando a la Luna con la Tierra. A partir del trabajo que realizó Kepler algunos años antes acerca del movimiento de los planetas alrededor del Sol, Newton dedujo la característica de esta fuerza y demostró que se trata de la misma que hace girar a la Luna alrededor de la Tierra y a las lunas de Júpiter alrededor del planeta gigante. Más aún, Newton se percató de que esta misma fuerza es la responsable de la caída de los objetos en la tierra, y por ello la denominó “universal”, ya que hasta donde se sabía (y se sabe hoy en día) rige en todo el Universo.
Newton tuvo más adelante muchos logros académicos, presidió la “Royal Society” y murió en 1727, habiendo transformado por completo la ciencia al mostrar que leyes matemáticas que pueden ser escritas en una línea gobiernan el comportamiento de la naturaleza.
Isaac Newton
La Ley de la Gravitación Universal permaneció como uno de los pilares de la física hasta que, en 1915, Einstein completó la teoría general de la relatividad.
Su teoría es necesaria cuando queremos estudiar el comportamiento de objetos extremadamente densos como las estrellas de neutrones o los hoyos negros, además de la expansión del Universo.
A primera vista parecería que el girar de los planetas alrededor del Sol y la caída de una manzana de un árbol poco tienen en común. Sin embargo, Isaac Newton hace más de trescientos años comprendió que se trata de dos manifestaciones de un mismo fenómeno físico: la atracción gravitacional. Junto con la fuerza electromagnética y los dos tipos de fuerzas nucleares (la “débil” y la “fuerte”), la gravedad es una de las cuatro fuerzas que conocemos en la naturaleza. De ellas, la gravedad es la dominante en el funcionamiento del Universo: mientras que las fuerzas nucleares sólo se manifiestan en la escala del mundo atómico y sub- atómico, y la fuerza electromagnética se diluye debido a que existen dos tipos de carga (positiva y negativa), la fuerza de gravedad es la causante de que la Tierra gire alrededor del Sol.
Ley de Gravitación Universal
Con frecuencia se ha cometido la equivocación de decir que Newton descubrió la gravedad. Newton fue el creador de la Ley de la Gravitación Universal. Cualquier par de cuerpos se atraen entre sí con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Si consideramos ahora la atracción que hay entre un cuerpo muy grande como la Tierra y otro objeto como nuestro propio cuerpo, la fuerza resulta ser bastante grande y fácil de medir, ya que es nuestro propio peso. Esta es la fuerza que nos mantiene en contacto con la Tierra.
Si damos un paso más adelante, la fuerza de atracción, gravita alrededor del Sol. Estas fuerzas tienen magnitudes de millones de toneladas.
Esta atracción gravitacional mantiene a la Luna en su órbita en torno de la Tierra y también a la Tierra en su órbita alrededor del Sol.
El peso es una fuerza
Desde siempre la humanidad soñó con alcanzar las estrellas. Para ello, diseñó y construyó naves espaciales capaces de abandonar nuestro planeta. En su búsqueda de conocimiento, el ser humano pisó la Luna y envió sondas hacia el espacio lejano. Para que las naves espaciales pudieran elevarse de la superficie terrestre, el ser humano debió vencer la fuerza de gravedad. Los astronautas que viajaron a la Luna, al llegar a su superficie se sintieron muy livianos y comprobaron que muchos de los objetos que llevaban eran también más livianos que en la Tierra, es decir, su peso era mucho menor. Luego de realizar cálculos, pudieron comprobar que un objeto pesaba un sexto de lo que pesa en la Tierra.
Cuando un astronauta sale al espacio, la fuerza de atracción va disminuyendo en igual proporción a su peso, a medida que se aleja de la Tierra.
Cuando se encuentra ya demasiado lejos, la Tierra deja de atraerlo y en ese instante el astronauta pierde completamente su peso, lo que llamamos gravedad cero o ausencia de gravedad. Pero su masa no cambia en ningún momento.
Cuando preguntas cuánto pesas, realmente le estás preguntando, con qué intensidad la fuerza de gravedad te atrae hacia el centro de la Tierra.
Todos sabemos que, al pesarnos, estamos midiendo la fuerza que ejercemos hacia abajo sobre la plataforma de la balanza, y que esta fuerza hace que los mecanismos de la balanza indiquen nuestro peso. Cuanto mayor es la fuerza hacia abajo, mayor es el peso indicado por la balanza.
El peso es fuerza de gravitación ejercida por una materia.
El peso, explicado anteriormente, se debe a la atracción gravitacional de la Tierra sobre todos los cuerpos.
Pero, la fuerza de atracción gravitacional, es diferente en la Luna, en la Tierra y en Júpiter, pero la cantidad de materia de un cuerpo es la misma en cualquier lugar del universo.
Como el peso es una fuerza, utilizamos un instrumento llamado dinamómetro y la unidad que se usa es el Newton.
Hay una preferencia creciente entre los científicos y los profesores de física, por el uso del kilogramo y el metro en lugar del gramo y el centímetro como unidades de masa y longitud. Conforme al sistema MKS (metro, kilogramo, segundo), la unidad de fuerza es llamada newton en honor a Sir Isaac Newton.
E1 newton se define como la fuerza que al aplicarse a una masa de 1 kilogramo, le produce una aceleración de 1 m/seg2.
Masa
El concepto de masa apareció en la física por Isaac Newton en la segunda mitad del siglo XVII. Newton identificó la masa como la cantidad de materia que contiene un cuerpo. Se pueden encontrar:
-La masa de aire, que es la acumulación de aire muy homogéneo, con determinadas características de temperatura y humedad que se desplaza.
-La masa atómica, es la cantidad de materia que contiene un átomo y se llama a menudo peso.
-La masa crítica, es la mínima materia escindible necesaria para que se produzca la reacción en cadena.
Generalmente se tiende a confundir la masa y el peso pero estos dos conceptos se miden con instrumentos diferentes y las magnitudes que representan son absolutamente distintas. La balanza de brazos iguales permite comparar las masas de dos cuerpos, es decir, nos permite establecer cuál de ellos posee una mayor cantidad de materia.
Las balanzas están graduadas en unidades de masa: toneladas, kilogramos, gramos o miligramos.
