Gravidade

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
(Redirixido desde "Forza gravitacional")
Este é un dos 1000 artigos que toda Wikipedia debería ter.
Astronauta en ausencia de gravidade.
A forza do salto supera a da gravidade.

A gravidade, que en sentido común significa seriedade, ten significados máis específicos en física e química, os cales se indican a continuación.

Gravidade física: Gravidade e gravitación[editar | editar a fonte]

Para sermos precisos, débese distinguir entre a gravitación, que é a forza de atracción que existe entre todas as partículas con masa no universo, e a gravidade, que é a resultante, na superficie da Terra, da atracción da masa da Terra e mais da pseudo-forza centrífuga causada pola rotación do planeta. Comunmente, gravidade e gravitación úsanse como sinónimos.

A gravitación[editar | editar a fonte]

A gravitación é a forza de gravidade que prende os obxectos á superficie de planetas e, de acordo coa lei da inercia de Newton, é responsable de manter certos obxectos en órbita en torno uns dos outros.

Isaac Newton escribiu nas súas memorias que, cando estaba a tentar comprender o que mantiña a Lúa no ceo, viu caer unha mazá no seu pomar, e comprendeu que a Lúa non estaba suspensa no ceo mais si que caía continuamente, como se fose unha bóla de canón que fose disparada con tanta velocidade que nunca atinxe o chan xa que este tamén "cae" debido á curvatura da Terra.

Segundo a terceira lei de Newton, dous obxectos calquera exercen unha atracción gravitacional, un no outro, de igual valor e dirección oposta.

Velocidade da gravidade[editar | editar a fonte]

A teoría da relatividade de Einstein predí que a velocidade da gravidade (definida como a velocidade á que os trocos na localización dunha masa se propagan a outras masas) debe ser consistente coa velocidade da luz. En 2002, a experiencia de Fomalont-Kopeikin produciu medicións da velocidade da gravidade que corresponderon a esta predición. Porén, esta experiencia aínda non sufriu un proceso amplo de revisión, e está a atopar certo escepticismo por parte dos que afirman que Fomalont-Kopeikin non fixo máis do que medir a velocidade da luz dunha forma intricada.

Lei de Newton de Gravitación Universal[editar | editar a fonte]

A curvatura do espazo-tempo arredor dunha fonte de forza gravitacional.

Pouco se sabía sobre gravitación ata o século XVII, pois considerábase que leis diversas gobernaban os ceos e a Terra. A forza que mantiña a Lúa presa a Terra nada tiña que ver coa forza que nos mantén nela. Isaac Newton foi o primeiro en pensar na hipótese de que as dúas forzas posuísen a mesma natureza.

Newton explica, "Todos os obxectos no Universo atraen a todos os outros obxectos cunha forza dirixida ao longo da liña que pasa polos centros dos dous obxectos, e que é proporcional ao produto das súas masas e inversamente proporcional ao cadrado da separación entre eles."

Newton acabou por publicar a súa, aínda hoxe famosa, lei da gravitación universal, no seu Principia Mathematica, como:

F = \frac{G m_1 m_2}{r^2}

onde:

  • F = forza gravitacional entre dous obxectos
  • m1 = masa do primeiro obxecto
  • m2 = masa do segundo obxecto
  • r = distancia entre os obxectos
  • G = constante da gravitación universal

Rigorosamente falando, esta lei aplícase apenas a obxectos semellantes a puntos. Se os obxectos posuíren extensión espacial, a verdadeira forza terá que ser atopada pola integración das forzas entre os varios puntos. Por outra banda, pode probarse que para un obxecto cunha distribución de masa esfericamente simétrica, a integral resulta na mesma atracción gravitacional que tería se fose unha masa puntual.

Forma Vectorial[editar | editar a fonte]

A forma descrita previamente é unha versión simplificada. Exprésase máis propiamente pola forma que segue (os valores en negriña representan valores vectoriais.) A forma abaixo descrita é vectorialmente completa:

\mathbf{F_{1\,2}} = {G m_1m_2(\mathbf{r_2}-\mathbf{r_1}) \over \left| \mathbf{r_2}-\mathbf{r_1} \right|^3}

onde:

  • \mathbf{F_{1\,2}}
    é a forza exercida en m_1 por m_2
  • m_1 e m_2 son as masas
  • \mathbf{r_1}
    e
    \mathbf{r_2}
    son os vectores posición das dúas masas respectivas
  • G é a constante gravitacional

Para a forza na masa dous, simplemente tome o oposto do vector

\mathbf{F_{1\,2}}

A principal diferenza entre as dúas formulacións é que a segunda forma usa a diferenza na posición para construír un vector que apunta dunha masa para a outra, e de aí divide o vector polo seu módulo para evitar que mude a magnitude da forza.

Comparación coa forza electromagnética[editar | editar a fonte]

A atracción gravitacional dos protóns é aproximadamente un factor 10 36 máis fraco que a repulsión electromagnética. Este factor é independente de distancia, porque ambas as forzas son inversamente proporcionais ao cadrado da distancia. Iso significa que, nunha balanza atómica, a gravidade mutua é desprezable. Con todo, a forza principal entre os obxectos comúns e a terra e entre corpos celestiais é a gravidade, porque son (ou polo menos un deles é) electricamente case neutro: ata mesmo se en ambos os corpos había un exceso ou déficit dun electrón por cada 10 18 protóns e neutróns isto xa sería suficiente para cancelar a gravidade (ou no caso dun exceso nun e un déficit no outro: duplicar a atracción).

A relativa fraqueza da gravidade pode ser demostrada cun pequeno imán, que vai atraendo para riba anacos de ferro pousados no chan. O minúsculo imán consegue anular a forza gravitacional da Terra enteira.

A gravidade é pequena, a non ser que un dos dous corpos sexa grande, mais a pequena forza gravitacional exercida por corpos de tamaño ordinario pode ser demostrada con razoable facilidade por experiencias como a da barra de torsión de Cavendish.

Agrupamento globular de estrelas M13
Demostración dun campo gravitacional

Sistema Auto-Gravitacional[editar | editar a fonte]

Un sistema auto-gravitacional é un sistema de masas mantidas xuntas pola súa gravidade mutua.Un exemplo disto é unha estrela.

Historia[editar | editar a fonte]

Ninguén ten certeza se o conto sobre Newton e a mazá procede, mais o raciocinio, con certeza, ten o seu valor. Ninguén antes del ousou contrariar a Aristóteles é dicir que as mesmas forzas que atraen unha mazá cara ao chan, manteñen a Lúa, a Terra, e todos os planetas nas súas órbitas.

Newton non foi o único en facer contribucións significativas para a comprensión da gravidade. Antes del, Galileo Galilei corrixiu unha noción común, obtida do mesmo Aristóteles, de que obxectos de masas diferentes caen con velocidades diferentes. Para Aristóteles, simplemente sentira que os obxectos de masa diferentes caesen en tempos diferentes da mesma altura e iso era dabondo para el. Galileo, porén, tentou de feito lanzar obxectos de diferentes masa asemade, da mesma altura. Desprezando as diferenzas debido ao arrastre do ar, Galileo observou que todas as masas aceleran por igual. Usando a Segunda Lei de Newton, F = m a, énos claro o porqué:

F = -{G m_1n_2 \over r^2} = m_1a_1

Esta ecuación di que unha masa m_1 acelerarase a_1 baixo a forza da gravidade, mais dividindo ambos os lados da ecuación por m_1 obtemos:

a_1 = {G m_2 \over r^2}

En ningures na ecuación previa aparece a masa do corpo. Cando tratamos con obxectos preto da superficie do planeta, o troco en r dividido polo r inicial é tan pequeno que a aceleración da gravidade aparece perfectamente constante. A aceleración da gravidade na Terra chámase normalmente g, cun valor de 9,8 m/s². Galileo non tiña as ecuacións de Newton, e no entanto, a súa apreciación da proporcionalidade da gravidade coa masa foi valiosísima e, posiblemente influíu incluso na formulación de Newton de como traballa a gravidade.

A teoría xeral da gravidade de Einstein[editar | editar a fonte]

A formulación da gravidade por Newton é bastante precisa para a maioría dos propósitos prácticos. Hai, así é todo, algúns problemas:

  1. Asume que as alteracións na forza gravitacional son transmitidas instantaneamente cando a posición dos corpos gravitantes muda. Porén, isto contradí o feito que existe unha velocidade limite á que poden ser transmitidos os sinais (velocidade da luz no vacuo).
  2. O presuposto de espazo e tempo absolutos contradí a teoría de relatividade especial de Einstein.
  3. Predí que a luz é desviada pola gravidade apenas metade do que é efectivamente observado.
  4. Non explica as ondas gravitacionais ou furados negros, que con todo tampouco se observaron directamente.
  5. Consonte coa gravidade newtoniana (con transmisión instantánea de forza gravitacional), se o Universo é euclidiano, estático, de densidade uniforme en media positiva e infinito, a forza gravitacional total nun punto é unha serie diverxente. Noutras palabras, a gravidade newtoniana é incompatible cun Universo que sexa euclidiano, estático, de densidade uniforme en media positiva e infinito.

Para o primeiro destes problemas, Einstein e Hilbert desenvolveron unha nova teoría da gravidade chamada relatividade xeral, publicada en 1915. Esta teoría predí que a presenza de materia "distorsiona" o entorno espazo-tempo local, facendo que liñas aparentemente "rectas" no espazo e no tempo teñan características que son normalmente asociadas a liña "curvas".

Aínda que a relatividade xeral sexa, en canto teoría, máis precisa que a lei de Newton, require tamén un formalismo matemático significativamente máis complexo. En vez de describir o efecto de gravitación como unha "forza", Einstein introduciu o concepto de espazo-tempo curvo, onde os corpos se moven ao longo de traxectorias curvas.

Probas Experimentais[editar | editar a fonte]

Hoxe en día acéptase a Relatividade Xeral como a descrición estándar da teoría gravitacional clásica. A Relatividade Xeral é consistente con todas as medicións e experimentos dispoñibles, incluíndo experimentos cruciais tales como os clásicos tests de relatividade xeral:

  • O desprazamento ao vermello gravitacional.
  • A deflexión dos raios de luz polo Sol.
  • A precesión da órbita de Mercurio.

Outras confirmacións experimentais máis recentes foron a dedución (indirecta) das ondas gravitacionais emitidas por estrelas binarias orbitantes, a existencia de estrela de neutróns e os furados negros, as lentes gravitacionais, etc.

Hoxe en día, os científicos tentan que a Relatividade Xeral con experimentos mais precisos e directos, co obxectivo de verter luz na aínda descoñecida relación entre a Gravidade e máis a Mecánica cuántica.

Mecánica cuántica[editar | editar a fonte]

A forza da gravidade é unha das catro forzas da natureza que obstinadamente rexeita ser cuantizada (as outras tres - o electromagnetismo, a forza forte e a forza fraca poden ser cuantizadas). Cuantización significa que a forza se mide en partes discretas, que non poden diminuír de tamaño, sen importar o que aconteza; alternativamente, esa interacción gravitacional é transmitida por partículas chamadas gravitóns. Os científicos levan anos estudando o gravitón, sen atoparen unha teoría cuántica consistente sobre iso. Moitos consideran que a Teoría de cordas alcanzará o grande obxectivo de unir Relatividade Xeral e Mecánica Cuántica, mais esa promesa aínda non se realizou.

Aplicacións Especiais de Gravidade[editar | editar a fonte]

Unha diferenza de altura pode posibilitar unha presión útil nun líquido, como no caso do gotexamento Intravenoso e máis a Torre de auga.

A masa suspendida por un cabo a través dunha polea posibilita unha tensión constante no cabo, incluíndo no outro lado da polea.

Comparación da forza da gravidade en diferentes planetas[editar | editar a fonte]

A aceleración debido á gravidade na superficie da Terra é, por convención, igual a 9,80665 metros por segundo cadrado (o valor real varía lixeiramente ao longo da superficie da Terra). Esta medida coñécese como gn, ge, g0, ou simplemente g. A listaxe que segue presenta a forza da gravidade (en múltiplos de g) na superficie dos diversos planetas do Sistema Solar:

Mercurio 0,376
Venus 0,903
Terra = 1
Marte 0,38
Xúpiter1 2,34
Saturno1 1,16
Urano1 1,15
Neptuno1 1,19
Plutón 0,066

Nota: (1) No caso dos xigantes gasosos (Xúpiter, Saturno, Urano e Neptuno), considérase como "superficie" a superficie superior das nubes.

Nos corpos esféricos, a gravidade superficial en m/s2 é 2.8 × 10−10 veces o radio en m veces a densidade media en kg/m³.

Páxinas relacionadas[editar | editar a fonte]

Gravidade en química[editar | editar a fonte]

En química, gravidade é a densidade dun fluído, particularmente un fuel. Exprésase en graos, cos valores máis baixos indicando líquidos máis pesados e numerosos, e os valores máis elevados indicando líquidos máis leves. Véxase gravidade específica.

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia sobre: Gravidade