Aquí, en el punto azul pálido que llamamos hogar, la gravedad es algo que todos experimentamos cada segundo de cada día. Y somos mucho más conscientes de ello gracias a la Ley de Gravitación Universal de Newton .
"La gravedad es el pegamento que hace que la materia difusa entre las estrellas colapse lentamente y forme nuevas máquinas de fusión de hidrógeno (también conocidas como estrellas)", dice Cara Battersby, astrofísica de la Universidad de Connecticut. "Es el pegamento que une a las galaxias y es responsable de que nuestra Tierra gire alrededor del Sol cada año."
La gravedad también fue un actor clave en la famosa historia de la "manzana" de Sir Isaac Newton. Un día, Newton estaba en Lincolnshire, Inglaterra, cuando vio caer una manzana de un árbol, o eso afirmó. En los años siguientes, le diría a muchos conocidos, como Voltaire y el biógrafo William Stukeley, que sus grandes escritos sobre la naturaleza de la gravedad se inspiraron en este pequeño acontecimiento mundano.
Así, se sentaron las bases para la Ley de Gravitación Universal de Newton, cuyo elemento central es un fenómeno llamado constante gravitacional universal, también conocida como "Gran G" o simplemente "G". En este artículo, exploraremos la ley universal de Newton, los conflictos propuestos por la teoría de Albert Einstein y la fuerza gravitacional misma.
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Mucho se ha dicho sobre esa amenazadora manzana en la memoria de Newton. Si bien el famoso físico le contó a Stukeley esta anécdota décadas después de que supuestamente ocurriera, muchos académicos han puesto en duda la historia. De todos modos, la verdadera intriga de la ley universal de Newton no es si la manzana lo golpeó o no, sino que la fuerza que actuó sobre la manzana la hizo caer directamente.
Como escribió el asistente de Newton, John Conduitt:
[Se] le vino a la mente que el mismo poder de gravedad (que hizo que una manzana cayera del árbol al suelo) no estaba limitado a una cierta distancia de la Tierra sino que debía extenderse mucho más lejos de lo que generalmente se pensaba. ¿Por qué? no tan alto como la luna, se dijo a sí mismo y si es así eso debe influir en su movimiento y tal vez retenerla en su órbita .
Lo primero es lo primero. Antes de abordar la Gran G, deberíamos dar un paso atrás y explicar la ecuación de gravitación universal de la ley de Newton. Esta ecuación sigue teniendo enormes ramificaciones en la forma en que vemos el campo gravitacional que nos mantiene asegurados a la superficie de la Tierra.
Como dice por correo electrónico Katie Mack, astrofísica y autora de "El fin de todo (astrofísicamente hablando)", la gravedad es "el mecanismo por el cual las cosas que tienen masa se atraen entre sí". Newton fue el primero en dejar claro que los objetos ejercen influencias gravitacionales.
Newton se dio cuenta de la fuerza de esta atracción gravitacional entre un conjunto dado de objetos depende de (a) qué tan masivos son y (b) qué tan separados están. Un principio clave aquí es la ley del cuadrado inverso, según la cual la fuerza gravitacional ejercida es inversamente proporcional a la separación entre los objetos. Es una dinámica que su Ley de Gravitación Universal expresa en términos matemáticos.
Aquí está la ecuación relevante:
F =(G x m1 x m2) / r2La "F" significa "fuerza de gravedad"; "m1" significa la masa del primer objeto; "m2" indica la masa del segundo objeto; y "r2" es una abreviatura de la distancia al cuadrado entre los centros de masa dentro del objeto uno y el objeto dos. ¿Y la "G"? Bueno amigos, esa es la Gran G:La constante gravitacional.
"Para dos masas cualesquiera, ya sean bolas de bolos o planetas, la fuerza gravitacional entre ellas está determinada por sus masas, su distancia y el número G", dice Mack. Gracias a los experimentos realizados por Henry Cavendish en la década de 1790, ahora sabemos que la constante gravitacional tiene un valor numérico de alrededor de 6,67 x 10 -11 Newtons (m2/kg2).
En este contexto, el término "Newtons" se refiere a una unidad de medida. Un Newton es la cantidad de fuerza que necesitarás para acelerar algo con una masa de 2,2 libras (1 kilogramo) a 3,28 pies (1 metro) por segundo. (Al igual que Anders Celsius y Charles F. Richter, Sir Isaac Newton se ganó un lugar en la alardeada lista de científicos a quienes se les han nombrado unidades en su honor).
Ahora bien, hay una capa de matices que debemos reconocer aquí. Verás, la Ley de la Constante Gravitacional Universal no es del todo tan "universal" como su nombre lo indica. Según Battersby, "nuestra imagen clásica de la gravedad", que Newton articuló allá por el siglo XVII, es "una aproximación precisa de la realidad de la física en la mayoría de los lugares del universo entero (ciertamente en la Tierra)".
"Sin embargo", añade, "esta teoría ha sido reemplazada por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que es una mejora de la 'Gravedad Newtoniana', que postula que la materia deforma el espacio-tiempo mismo (como una pelota pesada que crea un hoyuelo en una goma). hoja)."
Eso nos lleva a los agujeros negros. Capaces de volverse más de un millón de veces más masivos que nuestro sol, los agujeros negros afectan la gravedad de maneras que la ley de Newton simplemente no puede explicar. Se ha demostrado que la Relatividad General hace predicciones más precisas sobre ellos.
"Hay que empezar a hacer correcciones por el hecho de que la descripción de la gravedad de Newton no funciona precisamente para una gravedad extremadamente fuerte o un movimiento muy rápido", dice Mack. "En esos casos, necesitamos cambiar a la imagen de la gravedad de Einstein... Pero mientras no estés mirando uno de esos casos extremos, la ecuación que Isaac Newton escribió en 1686 para lo que llamó 'la Ley de la gravedad'. La Gravitación Universal es realmente universal."
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Ahora eso es interesanteLa historia de Sir Isaac Newton sobre el manzano podría tener una base cierta. De todos modos, la afirmación de que una fruta que cayó lo golpeó en la cabeza se considera un adorno moderno.
