Ley de la gravitación universal: fórmula y para qué sirve

La ley de la gravitación universal, formulada por Isaac Newton en el siglo XVII, es un principio fundamental de la física que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Esta predecesora de la ley de Einstein permite explicar multitud de fenómenos gravitatorios actuantes en el Sistema Solar. Esta ley establece que cada partícula en el universo atrae a otra partícula con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.

La importancia de esta ley radica en su universalidad, ya que se aplica a todos los cuerpos, desde las partículas subatómicas hasta las grandes galaxias, estableciendo así un principio común que rige el movimiento de los cuerpos en el universo. Apoyándose en las leyes de Kepler, Newton demostró que la fuerza de la gravedad es atractiva, es decir, provoca atracción entre los cuerpos. Por tanto, los vectores que componen la dirección de la recta y que une los centros de los astros se suman.

Newton dividió la fuerza gravitacional en dos componentes. El componente tangencial que producía la aceleración/desaceleración de los planetas en su órbita, y el componente normal, que explicaba el cambio de dirección en el vector, defendiendo la trayectoria elíptica de estos.

Las conclusiones de Newton fueron muy criticadas en su época, ya que la idea de una fuerza que actuara desde la distancia, sobre cuerpos sin contacto alguno, era difícil de acertar. A pesar de la imposibilidad de explicar la realidad de este hecho, la teoría newtoniana fue aceptada por su utilidad para explicar los movimientos planetarios. Por consiguiente, la ley de la gravitación universal supuso un punto crucial para el razonamiento gravitatorio promovido por científicos posteriores.

La fórmula matemática de la ley de la gravitación universal procede de una derivación de las leyes de Kepler y la observación de otros fenómenos dinámicos como las mareas o el movimiento pendular. Esta nueva formulación se expresa de la siguiente manera:

Donde F representa la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos, G es la constante de gravitación universal, m1 y m2​ son las masas de los dos cuerpos implicados, y r es la distancia entre los centros de ambos elementos. La constante de gravitación universal (G) es un valor fijo que se ha determinado experimentalmente y es crucial para realizar cálculos en la física gravitatoria.

Esta ecuación expresa en términos matemáticos la fuerza de cohesión que refuerza los sistemas planetarios. Junto a las tres leyes de Newton, la ley de la gravitación se añade a las aportaciones científicas de gran calibre y aceptación para la explicación mecánica del universo.

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La ley de la gravitación universal de Newton tiene múltiples aplicaciones prácticas y teóricas.

• Astronomía: permite calcular las órbitas de los planetas y otros cuerpos celestes.
• Tecnología: los sistemas de comunicación e infraestructura satelital necesitan de los estudios gravitacionales para establecer las estructuras espaciales en órbita alrededor del planeta de forma segura y eficiente.
• Geología:se utiliza para entender fenómenos como las mareas o la distribución de la masa terrestre, así como la diferenciación estructural de las capas de la Tierra.
• Minería: algunos procesos de extracción incorporan métodos de flujo gravitacional para separar recursos de interés económico. De la misma forma, el tratamiento de aguas utiliza la fuerza de la gravedad para depurar el agua antes de incorporarla a la red de suministro.
• Ingeniería: es fundamental para la planificación y ejecución de misiones espaciales, lo que se refleja en la exploración espacial. Además, esta ley proporciona una base teórica para entender conceptos más avanzados en física, como la teoría de la relatividad general de Einstein.

Como puede intuirse, son muchas las aplicaciones que se adhieren a esta ley física fundamental. Los sistemas naturales y artificiales incorporan las propiedades de esta teoría a su dinámica física. Esto acarrea numerosos ejemplos que escenifican la importancia de la ley de la gravitación universal:

• Órbitas de los planetas: la forma en que los planetas orbitan alrededor del sol se puede explicar mediante la ley de la gravitación universal. Por ejemplo, la órbita de la Tierra alrededor del Sol se mantiene debido a la atracción gravitatoria entre ambos cuerpos.
• Mareas oceánicas: las mareas en los océanos terrestres son un resultado directo de la atracción gravitatoria de la Luna y, en menor medida, del Sol sobre la Tierra. Este fenómeno se puede modelar y predecir utilizando la ley de la gravitación universal.
• Satélites artificiales: el movimiento y la trayectoria de los satélites artificiales en la órbita terrestre se rigen por esta ley. Los cálculos basados en la gravitación universal permiten determinar las velocidades y altitudes necesarias para que un satélite mantenga su órbita.
• Geología: ya sea en minería para la extracción de recursos, la prevención y confección de mapas de riesgos naturales, el tratamiento de aguas, o para entender los mecanismos de la configuración geológica a pequeña, mediana o gran escala, los principios gravitacionales que incluye esta ley resultan fundamental para su entendimiento y utilización.

La ley de la gravitación universal de Newton es un pilar en el estudio de la física y la astronomía, proporcionando un marco para entender cómo los cuerpos con masa se atraen mutuamente en el universo. Su aplicación abarca desde la explicación de fenómenos cotidianos, como las mareas, hasta complejas misiones espaciales, demostrando su relevancia y vigencia en la ciencia moderna.

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