gravitacionalYa conocemos que una de las cuatro interacciones fundamentales en la naturaleza es la gravitatoria o gravitacional.Las interacciones gravitatorias son las que gobiernan la estructura y el movimiento de los cuerpos de grandes masas, galaxias, estrellas, planetas, satlites, entre los objetos del megamundo. Pero tambin actan entre los cuerpos del entorno ms inmediato al hombre. Estas interacciones son las que permiten que podamos andar caminando sobre el suelo, que los autos y camiones en las carreteras no estn volando por el aire, que los objetos de una habitacin permanezcan pegados al piso. Y tambin a pequesimas distancias los cuerpos actan entre s con interacciones de este tipo, como por ejemplo los tomos entre s en las sustancias formadas por molculas, los electrones y nucleones en el tomo, los protones y neutrones en el ncleo de los tomos, por citar algunos.Pero no en todos estos casos mencionados anteriormente ni en todos los sistemas en el universo, las interacciones gravitatorias desempean un papel preponderante.Hasta mediados del siglo XVII los astrnomos haban logrado describir con mucho detalle las trayectorias de la Tierra, la Luna y los planetas.Pero nadie haba conseguido averiguar la causa de estos desplazamientos tan precisos.Fue Isaac Newton el que descubri que "todo sucede como si la materia atrajera a la materia". Pero hizo mucho ms: descubri que existe una relacin cuantitativa para la fuerza de atraccin entre dos objetos con masa.De sus reflexiones y clculos, dedujo quetodo objeto en el universo que posea masa ejerce una atraccin gravitatoria sobre cualquier otro objeto con masa, an si estn separados por una gran distancia.Isaac Newton present la ley de Gravitacin Universal en su libro publicado en 1687, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica". De acuerdo con esta ley de Newton, cuanta ms masa posean los objetos, mayor ser la fuerza de atraccin, y cuanto ms cerca se encuentren entre s, mayor ser esa fuerza.Cada cuerpo ejerce una fuerza sobre el otro, las dos fuerzas son iguales en mdulo y direccin, pero contrarias en sentido; al estar aplicadas en diferentes cuerpos no se anulan.

Isaac Newton (1643 - 1727)

Considerando dos cuerpos como la Tierra y la Luna, la ley de gravitacin se expresa en forma de una ecuacin que cuantifica "la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra con masamTsobre la Luna con masamL, como el producto de ambas masas, dividido por el cuadrado de la distancias desde el centro de la Tierra hasta el centro de la Luna.La fuerza de gravedad de la Tierra causa una aceleracin de la Luna hacia la Tierra. La fuerza de gravedad de la Luna causa una aceleracin de la Tierra hacia la Luna. Ambas fuerzas tienen la misma intensidad.Lo mismo sucede, guardando las proporciones, con la Tierra y lamanzanaque en la figura aparece de color rojo.Todas las partculas materiales y todos los cuerpos se atraen mutuamente por el simple hecho de tener masa, en proporcin directa a sus masas.La gravedad tiene un alcance terico infinito;pero, la fuerza es mayor si los objetos estn prximos, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad en proporcin al cuadrado de la distancia que separa a los cuerpos. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al triple de distancia, entonces la fuerza de gravedad se reduce a la novena parte.

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En la frmula de la gravitacin es muy importante la introduccin de un valor que sirve para obtener el valor exacto de las fuerzas de atraccin gravitacional. Es la famosa "constante G", la constante de gravitacin universal. Newton no conoca la causa de esta constante y tampoco sul valor exacto. Slo pudo indicar que se trataba de una constante universal y que su valor era un nmero bastante pequeo.Slo mucho tiempo despus se desarrollaron las tcnicas necesarias para mejorar el clculo de su valor. An hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisin.Isaac Newton fue el primero en explicar que la fuerza que hace que los objetos caigan con aceleracin constante en la Tierra (gravedad terrestre), es la misma que mantiene en movimiento los planetas y las estrellas.La fuerza de gravedad siempre es atractiva, nunca es repulsiva ytiene alcance infinito. Por muy alejados que estn entre s dos cuerpos, siguen experimentando esta fuerza, aunque ms dbil a medida que aumenta la distancia.La fuerza de gravedad siempre produce atraccin entre los cuerpos, cualquiera que sea su composicin. La fuerza resultante se produce atrayndose el centro de gravedad de un objeto con el centro de gravedad del otro.La fuerza gravitatoria es universal y todas las partculas materiales estn sometidas a ella, sin excepcin.Sin embargo, en el interior de los tomos, la fuerza de gravedad no juega un papel importante, debido a la pequesima magnitud de las masasde las partculas elementales.

Utilizando la frmula matemtica de la Gravitacin Universal, podemos calcular la fuerza de atraccin entre la Tierra y el cuerpo de un astronauta que est en una rbita ecuatorial a 500 km de la superficie y que tenga unamasa de 90 kgincluido su traje espacial.La masa de la Tierra es5,974 1024kg.La distancia entre el centro de gravedad de la Tierra (centro de la tierra) y la superficie ecuatorial es de 6.378,28 km. Si agregamos los 500 km de altura, se obtiene una distancia de6.878.280 metrosentre ambos centros de gravedad: el de la Tierra y el del astronauta.

Ges la constante de gravitacin universaly vale aproximadamente6,674 * 10-11Haciendo los clculos, se obtiene que la fuerza gravitacional de cada uno de estos dos cuerpos (la Tierra y el astronauta) es de 750 Newton, equivalentes aproximadamente a 77 Kg de atraccin mutua,

Newtonexplico cmo se comportan los cuerpos ante la gravedad.Einsteinpropuso un modelo terico para explicar el origen de la gravedad.La teora de la relatividad general, hace un anlisis diferente de la interaccin gravitatoria. De acuerdo con esta teora, la gravedad puede entenderse como un efecto geomtrico de la materia sobre el espacio-tiempo.Cuando una cierta cantidad de materia ocupa una regin del espacio-tiempo, sta provoca que el espacio-tiempo se deforme.Visto as, la fuerza gravitatoria no es una misteriosa "fuerza que atrae", sino el efecto producido por la deformacin del espacio-tiempo, de geometra no eucldea, sobre el movimiento de los cuerpos.Dado que todos los objetos (segn esta teora) se mueven en el espacio-tiempo, al deformarse este espacio, parte de esa velocidad ser desviada producindose aceleracin en una direccin, que es la fuerza de gravedad.

Cul es la causa de la gravedad? Por qu existe la gravedad?Quien responda satisfactoriamente a esta pregunta se ganara el Premio Nobel de Fsica, porque sta es una de las interrogantes ms interesantes que tiene la ciencia moderna. Hasta ahora, nadie ha dado con la respuesta.En trminos generales lo que sabemos de la gravedad, desde Isaac Newton y Albert Einstein hasta ahora es que todo sucede como si la materia atrajera a la materia. Newton ide una frmula matemtica que funciona con precisin y que, desde entonces, ha permitido calcular las trayectorias de los astros y de las naves espaciales. Eisntein propuso la teora de la deformacin del espacio-tiempo. Pero seguimos sin conocer por qu la materia produce esta interaccin que llamamos gravedad.En los ambientes matemticos y cientficos de vanguardia se habla mucho de los gravitones, partculas elementales que emanaran de los campos gravitatorios, y de las ondas gravitatorias.Como paso previo a la bsqueda directa de los gravitones, en la Universidad de Wisconsin y en el Observatorio de Ondas Gravitatorias del Interfermetro Lser (LIGO) se estn realizando investigaciones con el fin de encontrar pruebas de la existencia de ondas de gravedad, ondas gravitatorias.En la mecnica clsica se puede medir una onda y actualmente se admite que las ondas estn compuestas de partculas. De modo quesise consigue detectar ondas gravitatorias, se tendra una base para sugerir que los gravitones existen de verdad. Esto sera una noticia optimista que animara a continuar buscndolos.Actualmente es posible detectar partculas casi sin masa, como los fotones. Pero, segn los modelos matemticos, los gravitones deberan interactuar muy dbilmente con la materia. Esta tan dbil interaccin sera la causa de que, hasta ahora, los gravitones sean indetectables. Simplemente no se sabe cmo detectarlos.Por ahora, todos los esfuerzos estn centrados en confirmar la existencia del bosn de Higgs, que es un primo lejano del gravitn y que se supone responsable de dar masa a la materia. Descubrir el bosn de Higgs, sera un gran estmulo para continuar con la bsqueda de los gravitones.A veces se leen crticas a las cuantiosas inversiones que se realizan en los grandes Aceleradores de Partculas, como elLHCy elFermilab. Hay que pensar que en estos centros se investiga "ciencia bsica", conocimientos que son los fundamentos de los grandes avances tecnolgicos que influirn decisivamente en todos los aspectos de la vida humana. Descubrir la causa de la gravedad tendra repercusiones inimaginables.La interaccin elctrica

Principio del formularioFinal del formulario0 Comentariospor[Beto]el 18/01/2010 a las 21:52:23 (23537 Visitas)

Casi todos conocemos los efectos elctricos producidos por la friccin en muchas situaciones ordinarias. Por ejemplo frotando un peine de plstico en el cabello para luego acercarlo a unos pequeos trozos de papel, que sern atrados.

El filsofo griego Thales de Mileto observ que cuando se frotaba mbar, atraa objetos pequeos tales como plumas y pajitas, el fue uno de los primeros en estudiar dicho fenmeno.Cuando se frota vidrio con seda, el vidrio se carga positivamente y la seda adquiere carga negativa, en cambio cuando se frota mbar con cuero el ambar adquiere carga negativa y el cuero positiva.En el siglo XVI, el fsico ingls William Gilbert estudio sistemticamente los efectos elctricos y magnticos, demostr que muchas sustancias diferentes del mbar adquieren una propiedad atractiva cuando se frotaban, introdujo el trmino de fuerza elctrica y polo magntico.

As hubieron muchos estudios acerca de esta propiedad observada hasta que Charles Francois Du Fay sugiri la existencia de dos tipos de electricidad y en 1747, posteriormente Benjamn Franklin propuso un modelo en el cual se postula el principio de conservacin de la carga introduciendo as el concepto decarga elctrica. Y finalmente en 1897, Thompson encontr la relacin de carga a masa de los electrones, y en 1909 Millikan midi la carga del electrn.

Los resultados de las observaciones anteriormente mencionadas se pueden escribir a modo de resumen como se muestra a continuacin: La carga elctrica es una propiedad inherente a la materia del mismo modo que lo es la masa. Existen dos tipos de carga, positivay negativa. La carga neta de un cuerpo es la suma algebraica de sus cargas positivas y negativas, por ello se dice que un cuerpo es elctricamente nulo cuando tiene la misma cantidad de carlas elctricas positivas y negativas. Cuerpos con cargas elctricas iguales se repelen y cuerpos con cargas elctricas diferentes se atraen. La carga se conserva en cualquier proceso relacionado con un sistema aislado, a esto se le conoce comoprincipio de conservacin de la carga. La carga esta cuantizada y siempre es un mltiplo entero de la carga del electrn () es decir.

La carga fundamentalse considera positiva, por tanto la carga del electrn esy la del protn es.Se pueden distinguir algunos mtodos de electrizacin para cargar un cuerpo, como por ejemplo:

Frotamiento:cuando un cuerpo frota a otro (ambos descargados), se transmiten espontneamente electrones de uno a otro quedando cargados. Aqu hay una lista de materiales con electroafinidad ascendente (o sea que el azufre tiende a ser negativo, mientras que el vidrio tiende a ser positivo, si ambos se frotan uno con otro)vidriolanacueroplsticosedacera de parafinaebonitacobreazufre

Contacto:cuando se ponen en contacto dos cuerpos, uno cargado positivamente y otro neutro, se transfieren electrones del cuerpo descargado hacia el otro quedando ambos cargados positivamente.

Induccin y polarizacin:cuando un cuerpo cargado se acerca a uno descargado sin llegar a tocarlo, las cargas en este ltimo se reagrupan en dos regiones distintas del mismo, debido a que los electrones del cuerpo descargado son atrados o repelidos a uno de los extremos segn sea el caso, al alejarse nuevamente el cuerpo cargado desaparece ese reagrupamiento de cargas. A esa separacin de cargas dentro de un objeto elctricamente neutro se le denomina polarizacin

Tambin es importante mencionar que existen diferentes materiales elctricos, con diversas propiedades los cuales se detallaran en otro artculo de blog.

Finalmente es importante comentar acerca de las distribuciones continuas de carga, pues ser necesario este concepto para desarrollar diversos ejercicios, para ello se definir una densidad de carga dependiendo del tipo de distribucin de la que se trate:

Distribucin lineal:Este caso se presenta cuando el cuerpo es un filamento, cuerda, alambre, etc, para cuantificar la distribucin de carga se define la densidad lineal de carga, de la siguiente manera

: carga total del cuerpo

: longitud total del cuerpo

cuando la carga se distribuye uniformemente en el cuerpo, y cuando la carga elctrica no se distribuye por igual

: diferencial de carga

: diferencial de longitud

Distribucin superficial:Este caso se presenta cuando el cuerpo es una placa, un disco, una plancha, etc, para cuantificar la distribucin de carga se define la densidad lineal de carga, de la siguiente manera

: carga total del cuerpo

: superficie total del cuerpo

cuando la carga se distribuye uniformemente en el cuerpo, y cuando la carga elctrica no se distribuye por igual

: diferencial de carga

: diferencial de superficie

Distribucin volumtrica:Este caso se presenta cuando el cuerpo tiene dimensiones de volumen, por ejemplo un cubo, una esfera, un cilindro, etc, para cuantificar la distribucin de carga se define la densidad lineal de carga, de la siguiente manera

: carga total del cuerpo

: volumen total del cuerpo

cuando la carga se distribuye uniformemente en el cuerpo, y cuando la carga elctrica no se distribuye por igual