Fisica

Interacción gravitatoria

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5. CAMPO GRAVITATORIO.
Desarrollamos la unidad de acuerdo con el siguiente hilo conductor: 1. ¿Cómo tienen lugar las interacciones a distancia? Concepto de campo de fuerzas.
1.1. Campo de fuerzas conservativo.

2. ¿Cómo describir el campo gravitatorio?
2.1. Perspectiva dinámica: fuerza e intensidad de campo. 2.2. Enfoque energético: energía potencial ypotencial. 2.3. Relaciones fuerza-energía potencial e intensidad de campo-potencial.

3. Estudio de sistemas gravitatorios cerrados y abiertos. Aplicación al lanzamiento de satélites artificiales y a los viajes espaciales. APÉNDICE: El fenómeno de la ingravidez.

1. ¿CÓMO TIENEN LUGAR LAS INTERACCIONES A DISTANCIA? CONCEPTO DE CAMPO DE FUERZAS.
Las interacciones entre masas distantes, como la queexiste entre el Sol y la Tierra, quedan reguladas por la ley de la gravitación universal de Newton. Pero estas fuerzas gravitatorias de acción a distancia, al igual que las de tipo electrostático o magnético que estudiaremos en el bloque siguiente, siempre han chocado a los científicos, incluido el propio Newton: ¿son distintas las interacciones entre cuerpos distantes y entre cuerpos “encontacto”?, ¿cómo tiene lugar la interacción entre cuerpos separados, a veces, millones de kilómetros, incluso a través del vacío y de forma aparentemente instantánea? Al analizar rigurosamente el término “contacto”, pronto se deduce que no hay diferencia entre la acción a distancia y “por contacto” (como al empujar una mesa con la mano). El “contacto” responde a una sensación fisiológica que deriva denuestro sentido del tacto, pero ello no implica distancia nula entre los cuerpos (al empujar la mesa, los electrones más externos de los átomos situados en la superficie de la mano y de la mesa no llegan a estar en contacto; ello requeriría, según la ley de Coulomb, ejercer una fuerza infinita). Por tanto, todas las interacciones que se producen entre cuerpos son a distancia. Para explicar cómo esposible que un cuerpo pueda actuar allí donde no se encuentra, el inglés Michael Faraday (1791-1867) introdujo en 1831 el concepto de campo: Decimos que en una región del espacio existe un campo creado por una magnitud física si es posible asignar en cada instante un valor a dicha magnitud para todos los puntos de dicha región. La magnitud que caracteriza el campo: - depende de la posición y deltiempo; si no depende del tiempo, el campo se denomina estacionario. - puede ser escalar (campo de temperaturas, de presiones,...) y/o vectorial (campo de velocidades, de fuerzas,...). - puede variar de un punto a otro o permanecer constante en todos los puntos (campo uniforme). Un campo escalar se puede representar gráficamente mediante superficies isoescalares: cada una de ellas es el lugar Figura 1geométrico de aquellos puntos del espacio en los que la magnitud escalar que define el campo toma el mismo valor. Así, las líneas isobaras de un mapa del tiempo ( figura 1) representan los puntos del espacio, a cierta altura sobre el nivel del mar, donde coincide el valor de la presión atmosférica. Un campo vectorial se puede representar mediante líneas de campo (figura 2), líneas tangentes encada punto a la magnitud vectorial que define el campo. La densidad de líneas dibujadas (número de líneas por unidad de área) es proporcional a la intensidad de la magnitud que define el campo; ello implica que las líneas de campo son rectas paralelas si el campo es uniforme. En las primeras ideas sobre la teoría del campo, la interacción a distancia se transmite a través del medio. El no reconocerla existencia del vacío, llevó a postular la existencia del “eter”, un medio a veces indetectable, con

© María Dolores Marín Hortelano / Manuel Ruiz Rojas

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propiedades muy especiales (la idea del “eter” no desaparece hasta 1887, fecha en la que Michelson y Morley comprobaron experimentalmente su inexistencia con medidas de interferencia de dos haces de...