viernes, 22 de septiembre de 2017

LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL DE NEWTON


Uno de los mayores logros de Newton fue la unificación de una ley física en las escalas astronómica y humana, con esto se establece el dogma central de la física: las leyes físicas son las mismas en cualquier parte, ya sea el laboratorio, en las inmediaciones terrestres, el sistema solar o el espacio intergaláctico. La gravedad en el nivel local es tan solo una manifestación de la ley general de la gravitación. 

Como la tierra gira alrededor del solo debe existir una fuerza que la obligue a moverse de esa forma, esta fuerza la formuló Isaac Newton y se ley conoce como ley de gravitación universal de Newton, que se expresa:

Dos cuerpos cualesquiera se atraen  con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Es decir, si M es la masa del sol y m la masa de un planeta, separados una distancia r

F = G.M.m/r2

G es la denominada constante de gravitación universal cuyo valor es 6.67x10-11N.m2/kg2

Uno de los más grandes méritos de Newton al enunciar esta ley consistió en demostrar que los cuerpos celestes,  obedecen las mismas leyes que cumplen los cuerpos en la tierra. 

Para dos cuerpos cualesquiera, de masas M y m, respectivamente, tenemos: 

F = G.M.m/r2

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_gravitaci%C3%B3n_universal



SIMULACIÓN CAMPO GRAVITACIONAL TIERRA LUNA: 


SIMULACIÓN MOVIMIENTOS DE LA TIERRA:




EJEMPLOS ILIUSTRATIVOS DE LA LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL


1.- Calculemos la fuerza entre la tierra  y el sol suponiendo que la órbita es circular, para ello la masa del sol es de 1.99x1030 kg, la masa de la tierra es de 5.98x1024 kg, y la distancia tierra - sol es de 1.5x1011m, con estos datos tenemos:
FST = G mS( mT)/r2

FST = 6.67x10-11 Nm2/kg2(1.99x1030 kg)( 5.98x1024 kg)/( 1.5x1011m)2

FST = 3.53x1022N

2.- Calculemos la fuerza entre la tierra  y la luna, para ello la masa de la tierra es de 5.98x1024 kg, la masa de la luna  es de 7.35x1022 kg, y la distancia tierra sol es de 3.84x106m, con estos datos tenemos:
FTL = G mT( mL)/r2

FST = 6.67x10-11 Nm2/kg2( 5.98x1024 kg)( 7.35x1022 kg)/( 3.84x106m)2

FST = 1.99x1020N


a)      De acuerdo a la figura anterior que muestra las fases de la luna, la fuerza neta del sol y la luna sobre la tierra, cuando hay luna nueva es:

FNeta = FST + FTL = 3.53x1022N + 1.99x1020N = 3.54x1022 N

b)      La fuerza neta debido a los dos astros en luna llena es:

FNeta = FST - FTL = 3.53x1022N - 1.99x1020N = 3.51x1022 N



SIMULACIÓN MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Y LUNA:





SIMULACIÓN: Movimientos de la tierra, luna y sol, en esta simulación podrás notar el movimiento de la tierra alrededor del sol, de la luna alrededor de la tierra y ver porqué la luna siempre muestra la misma cara a la tierra, entre otras: 



PARA SABER MÁS:





PROBLEMAS DE APLICACIÓN

 




MASA INERCIAL Y MASA GRAVITACIONAL

Para un cuerpo de masa m en el campo gravitacional terrestre, como se muestra, la fuerza que experimenta es la fuerza la fuerza gravitacional dada por:


F = G MTierra (m) / r2Tierra

Pero a su vez este objeto experimenta una aceleración, a,  debido a la segunda ley de Newton dada por: F = ma

En la expresión debido la fuerza gravitacional, la masa m, del objeto se denomina masa gravitacional y en la expresión de la segunda ley de Newton la masa m, se denomina masa inercial, ya que es la medida de la inercia del cuerpo.

Como estas fuerzas son las mismas y asumiendo que la masa inercial del cuerpo es igual a su masa gravitacional, tenemos:
 ma = G MTierra (m) / r2Tierra

Debido a lo anterior:
a = G MTierra / r2Tierra

Reemplazando los valores tenemos:

a =  6.67x10-11 Nm2/kg2( 5.98x1024 kg)/( 6.375x106m)2

a = 9.81 m/s2 = g

Este es el valor de la aceleración de la gravedad, g, que hemos venido utilizando.

De lo anterior vemos que la aceleración de la gravedad en un punto depende de la masa de la tierra y de la distancia al centro de la misma.

Veamos cuál es el valor de la aceleración de la gravedad en el polo, cuyo radio es de 6.356x106m, de la ecuación anterior:
g = G MTierra / r2Tierra

g =  6.67x10-11 Nm2/kg2( 5.98x1024 kg)/( 6.356x106m)2

a = 9.87 m/s2 = g

Para un objeto ubicado a 1000 km sobre la superficie de la tierra, calculemos cuál es el valor de la aceleración de la gravedad, en este caso la distancia r corresponde al radio de la tierra más 1000 km esto es, 6.375x106m + 106 m = 7.375 x106m, luego:

g =  6.67x10-11 Nm2/kg2( 5.98x1024 kg)/( 7.375x106m)2

a = 7.33 m/s2 = g

EJEMPLO: Nuestro satélite, la luna, es atraído por la tierra, por lo cual cae sobre ella, y al mismo tiempo se desplaza con una velocidad, v,  de 1.02km/s, calcula la masa de la tierra sabiendo que la distancia que la separa de la luna es de 384.000 km.

SOLUCIÓN:

La luna al girar alrededor del sol experimenta una fuerza centrípeta, la cual es causada por la fuerza  gravitacional que ejerce la tierra sobre ella, luego:

FGravitacional  = FCantrípeta

G MTierra (mLuna)/ r2 = mLuna v2/r

Cancelando la masa de la luna, que es diferente de cero:

G MTierra / r =  v2        de donde

MTierra = v2r/G      reemplazando valores:

MTierra = (1020m/s)2(3.84x108m)/( 6.67x10-11 Nm2/kg2)

MTierra = 5.98x1024kg

De este ejemplo podemos notar que se puede calcular la masa de un objeto celeste, si se conoce el período de rotación de un objeto que gira alrededor de él a cierta distancia.

SIMULACIONES:
http://www.educaplus.org/game/fuerzas-en-el-giro-de-satelites

CON ESTE ENLACE COMPRUEBA LA LEY DE GRAVITACIÓN DE NEWTON:
http://www.educaplus.org/game/interaccion-gravitatoria




LAS MAREAS:



De acuerdo a los ejemplos anteriores la luna y el sol ejercen fuerzas sobre la tierra, lo que trae como consecuencia las mareas, cuando hay luna nueva la fuerza es mayor y a las mareas se les llama mareas vivas al igual que en luna llena, cuando la luna esta en cuarto creciente o menguante el efecto se atenúa y se les llama mareas muertas.




 


LES DEJO ESTAS INQUIETUDES.



1.- ¿Por qué dicen nuestros campesinos – y así es – que en luna nueva no se deben cortar árboles? ¿Por qué les cae a algunas  la polilla?

2.- A las mujeres, el período en luna nueva o llena, ¿les vendrá más abundante? Si la respuesta es afirmativa, ¿Cuál es la razón?
 






No hay comentarios.:

Publicar un comentario