Gravitación universal

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Introducción

Algunas de las primeras investigaciones en el campo de la física nacieron de preguntas que la gente se hacía acerca del firmamento. ¿Por qué no se cae la Luna? ¿Por qué se mueven los planetas en el cielo? ¿Y por qué no sale la Tierra despedida hacia el espacio exterior en lugar de permanecer en órbita en torno al sol? El estudio de la gravitación responde a éstas y muchas otraspreguntas relacionadas.

La gravitación es una de las cuatro clases de interacciones que observamos en la Naturaleza, y fue la primera que se estudio ampliamente. En el siglo XVII, Newton descubrió que la misma interacción que hace a una manzana caer de un árbol mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol. Ése fue el nacimiento de la mecánica celeste, o sea el estudio de la dinámica delos objetos en el espacio. Hoy en día, nuestro conocimiento de la mecánica celeste nos permite poner un satélite en una órbita deseada alrededor de la Tierra o escoger la trayectoria ideal para enviar una nave a otro planeta.

En este trabajo se presentan los diversos temas relacionados a la gravitación universal, empezando desde Isaac Newton, quien fue el iluminado y planteó los conceptos yleyes básicas para este tema, además se menciona a Kepler y sus leyes, y el movimiento de planetas y satélites. El núcleo de esta investigación es la ley básica que gobierna las atracciones gravitacionales. Es una ley universal: la gravedad actúa fundamentalmente de la misma manera: entre la Tierra y nuestro cuerpo, entre el Sol y un planeta y entre un planeta y sus lunas. La ley de la gravitación seaplica a fenómenos como: la variación del peso con la elevación, las órbitas de los satélites terrestres y las de los planetas alrededor del Sol. La gravedad esta, entonces, en todo el universo!

Es muy importante mencionar también que las tres leyes de Kepler, juegan un papel importante en el estudio de la mecánica de los cuerpos celestes. Ya que por medio de estas el hombre ha llegado acomprender de que manera funciona nuestro universo. A continuación se hace una descripción detallada de los principios en los que se sustentan las tres leyes de Kepler, así como su aplicación en el movimiento planetario.

Gravitación Universal

Tras la aceptación del modelo planetario heliocéntrico, basado en las leyes de Kepler, el problema fundamental de la Física del siglo XVII era responder ala siguiente pregunta: ¿qué fuerzas son las que actúan sobre los planetas para dar lugar a las trayectorias observadas en sus movimientos?.

La respuesta fue dada por Isaac Newton (1642−1727) con la Ley de la Gravitación Universal, que superaba la descripción cinemática de Kepler y desarrollaba una dinámica planetaria. Newton fue capaz de explicar el movimiento planetario y el de caída libre delos cuerpos sobre la superficie terrestre con un concepto común (la fuerza gravitatoria). Unificando de este modo las mecánicas terrestre y celeste.

La hipótesis de partida de Newton es que todos los cuerpos del Universo se ejercen entre sí una fuerza gravitatoria igual a la que existe entre la Tierra y un objeto que cae sobre ella, por tanto, las fuerzas sobre los planetas son fuerzascentrales gravitatorias ejercidas por el Sol. Esta fuerza sería la responsable de la aceleración que sufre el planeta.

Como esto también ha de ser válido para el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra, Newton se centró en el caso de nuestro satélite. Ya desde tiempos de los griegos se conocía el valor del radio de la Tierra y que la relación entre este y la distancia media entre el centro de laTierra y el centro de la Luna es aproximadamente RL/RT = 60. Puesto que el periodo de revolución de la Luna alrededor de la Tierra es conocido (aproximadamente 27,3 días), se puede evaluar la aceleración centrípeta de la Luna en su movimiento circular,
aL = 2.72x10−3 m/s2

Si comparamos este valor con el valor de la gravedad sobre la superficie terrestre, encontramos que: aL/g = (RT/RL)2....
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