¿Qué es la gravedad? ¿Qué causa la gravedad, por qué es importante la gravedad? ¿Cuál es la fuerza gravitacional y la gravitación?
Todo el mundo sabe que si se arroja una piedra al aire, finalmente vuelve a caer. La atracción de la Tierra, que hace que la piedra falle, se llama «la fuerza de la gravedad». La gravedad es un ejemplo de una fuerza de atracción entre dos objetos, llamada gravitación, que fue descubierta por Sir Isaac Newton en el siglo XVII.
En el siglo IV a.C. El pensador griego Aristóteles enseñó que los objetos pesados caen más rápido que los livianos. Nadie dudó de esto hasta 1591, cuando el italiano Galileo Galilei llevó dos balas de cañón, una que pesaba 10 libras y la otra 1 libra, a la cima de la torre inclinada de Pisa y las dejó caer en el mismo instante. Descubrió que llegaron a la Tierra exactamente al mismo tiempo, y llegó a la conclusión de que, dejando de lado la resistencia del aire, la velocidad alcanzada por un objeto que cae depende solo de cuánto tiempo ha estado cayendo.
Hay dos reglas bastante útiles sobre esto, que fueron establecidas por Galileo. La primera regla es que un objeto que ha estado cayendo durante un cierto número de segundos, llamado el número t segundos, alcanza una velocidad de aproximadamente 32 veces t pies por segundo. Este aumento de velocidad a medida que pasa el tiempo se llama aceleración. La segunda regla es que la distancia caída por un objeto que ha estado cayendo durante t segundos es aproximadamente 16 veces t cuadrado. (Para cuadrar un número, multiplíquelo por sí mismo, por lo tanto, t-cuadrado es t X t.) Como ejemplo, después de 3 segundos un objeto cae a 32 X 3, que es 96 pies por segundo, y ha caído una distancia de 16X3X3 que es 144 pies.
De hecho, siempre se encontrará que el objeto cae más lentamente y no tan lejos como dicen estas reglas. Esto se debe a que es frenado por la resistencia del aire; pero en un vacío (un espacio donde no hay aire) las reglas dan respuestas correctas y el peso de un objeto no influye en la velocidad a la que cae.
Aunque Galileo estudió los movimientos de los planetas, no se dio cuenta de que estos movimientos estaban relacionados de alguna manera con la gravitación. Luego, después de que el astrónomo alemán Johann Kepler descubriera, a partir de las observaciones realizadas por su amigo danés Tycho Brahe, las órbitas (caminos) exactos en los que los planetas se mueven alrededor del sol, un inglés, Sir Isaac Newton, nacido en 1642, el año de la muerte de Galileo: pensó en su ley universal de gravitación para dar cuenta de estas órbitas. La ley de Newton establece que cada parte de la materia en el universo atrae a todas las demás partes.
La dirección de la fuerza de atracción es la de la línea recta que une las partículas. La fuerza de la atracción depende de dos cosas, primero en el producto de las masas (las cantidades de materia) de las partículas y segundo en la distancia entre ellas. Al duplicar la masa de una parte, la fuerza de atracción se duplica, pero al duplicar la distancia entre las partículas, la fuerza se reduce a un cuarto. Newton verificó esta importante ley usándola para calcular la órbita de la luna alrededor de la Tierra y descubrió que daba la respuesta correcta.
Se puede ver, por lo tanto, que una piedra o una pelota lanzada al aire cae a la tierra debido a la atracción entre la piedra (o la pelota; y la tierra. Pero (se puede preguntar) si la fuerza de atracción depende En las masas de los objetos, ¿por qué la pesada bala de cañón de Galileo no cayó más rápido que la ligera? La respuesta es que la pesada bala de cañón tenía 10 veces más materia para ser acelerada, por lo que necesitaba 10 veces más fuerza para hacerla caer con la misma aceleración que la bala de cañón ligera. Por lo tanto, ambos cayeron a la misma velocidad.
La fuerza de gravedad se comporta aproximadamente como si la masa de cada objeto estuviera concentrada en un punto llamado centro de gravedad. Para un objeto de forma regular (como una bola o un cubo) hecho de la misma sustancia, el centro de gravedad está en el medio exacto. Para otros objetos, su posición generalmente se puede encontrar sabiendo que cuando el objeto se cuelga libremente de un cable, toma una posición para colocar su centro de gravedad directamente debajo del punto que sostiene el cable.
La posición del centro de gravedad de un objeto a veces es importante. Por ejemplo, se construye un autobús de dos pisos o un vagón de ferrocarril de modo que el centro de gravedad esté bajo y, por lo tanto, es difícil de alterar incluso cuando se inclina bastante. Si todas las partes pesadas del autobús estuvieran cerca de la parte superior, elevando así el centro de gravedad, una pequeña inclinación lateral sería suficiente para trastornar el autobús. La regla es que un objeto de este tipo se altera cuando se inclina lo suficiente como para llevar el centro de gravedad fuera de su base (en este caso, las ruedas del autobús).
Peso es el nombre dado a la atracción gravitacional de la Tierra sobre un objeto. Para fines prácticos, el peso es lo mismo que la masa, pero si una masa de 10 libras (como un peso de 10 libras) se elevara a una altura de 4,000 millas y se pesara en una balanza de resorte, se vería que tiene un peso de solo 2,5 libras. Como la Tierra no es una esfera perfecta, sino que está ligeramente aplanada en los polos y ligeramente abultada en el ecuador, un punto en uno de los polos está más cerca del centro que un punto en el ecuador. Por lo tanto, la misma masa pesa un poco más en una balanza de resorte en el poste que en el ecuador.
El estudio de la gravitación de Newton le sugirió que un objeto disparado horizontalmente desde la cima de una montaña alta debería seguir dando vueltas alrededor de la Tierra tal como lo hace la luna, ya que la atracción gravitacional de la Tierra sería suficiente para mantenerlo en una órbita curva. La idea de Newton es correcta si se descuida la resistencia del aire, pero de hecho un objeto disparado horizontalmente desde la cima de una montaña alta pronto será llevado a la tierra por la resistencia del aire, lo que lo ralentizará.
Sin embargo, si el objeto se toma lo suficientemente alto, entonces la atmósfera es mucho más delgada y su resistencia es mucho menor y el objeto girará alrededor de la Tierra muchas veces antes de que su resistencia lo ralentice lo suficiente como para traerlo nuevamente a la Tierra. Varios de estos objetos, llamados satélites, han sido enviados por científicos, el primero en 1957.
La gravedad ayuda al hombre de muchas maneras. Las ciudades a menudo reciben agua que fluye a través de tuberías desde lugares a muchas millas de distancia. A veces, el agua se bombea a una torre de agua a una altura superior a la de cualquier edificio de la ciudad, y luego fluye por gravedad a donde sea necesario. La caída de agua está hecha para hacer un trabajo útil conduciéndola a través de turbinas, que gira para impulsar dinamos que producen electricidad. Los pesos que caen se utilizan para conducir relojes grandes como el Big Ben en Londres, así como los relojes «abuelos» anticuados en algunas casas. Muchos relojes impulsados por resortes usan un péndulo, cuyo funcionamiento depende de la gravedad, para que mantengan la hora.
