http://webs.um.es/jmz/optica/ I. INTERACCIONES
I.2 Campos de fuerza: Gravitatorio, Electrostático
(ALGUNAS NOTAS SOBRE EL TEMA)

Vamos a introducir las interacciones gravitatoria y electrostática simultáneamente porque, como veremos, existen similitudes formales entre ambas. Las interacciones gravitatorias nos resultan más familiares que las eléctricas, por lo que el realizar un planteamiento paralelo nos hará más llevadera la introducción del campo eléctrico que resulta más abstracto.

I.2.a - Interacción gravitatoria

Comencemos con la interacción gravitatoria. Podemos proponer que los cuerpos en la superficie de la Tierra son atraídos por ella, en la segunda mitad del siglo XVII Newton planteaba si estas fuerzas son de la misma naturaleza que las que actúan entre los cuerpos celestes. Comparando la caída de los cuerpos sobre la superficie de la Tierra con la caída de la Luna hacia la Tierra propuso una ley de gravitación universal en la que se postula que las masas de los cuerpos se atraen con una fuerza que es inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias:

  m1*m2
F = G   —————   ur
    d2  

En la que m1 y m2 son las masas de los cuerpos que se suponen puntuales, y d la distancia entre sus “centros”. El vector fuerza tiene la dirección de la recta que une las masas y sentido de atracción entre ellas.


Imagen tomada de http://sol.sci.uop.edu/
Enlace caducado
     
En 1789 Cavendish mide G utilizando una balanza de torsión
Imágenes tomadas de: http://en.wikipedia.org/wiki/Cavendish_experiment

Esta expresión se conoce como “Ley de Gravitación Universal” y hasta donde hoy sabemos todas las masas del universo interactúan siguiendo esta ley. En 1789 Cavendish mide G convirtiéndose así en el primer hombre que mide la masa de la Tierra. La masa es una propiedad de las partículas elementales que forman la materia que conocemos, que son los electrones y los quarks. Haciendo clic en la imagen se ejecuta una simulación con la que se puede investigar la interacción entre dos masas.

Tarea I.2.1:
a) Describe la experiencia
 
b) ¿Qué parámetros podemos modificar?
 
c) Planifica y ejecuta las experiencias posibles
 
d) ¿Qué podemos deducir?
 
e) Describe los resultados utilizando simbología matemática

 


Simulación tomada de:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/gravity-force-lab

¿Porqué no hacemos esta experiencia en el laboratorio?

Tarea I.2.2
¿Porqué se atraen las masas?

 

Tarea I.2.3
¿Cómo se atraen las masas?

 

Para saber sobre cómo actúan las fuerzas sobre los cuerpos:
http://webs.um.es/jmz/www_movimiento/newton/newton.html

Tarea I.2.4:
Teniendo en cuenta la ley de la dinámica de Newton y que la distancia a efectos gravitatorios entre la Tierra y los objetos en su superficie se toma el radio de la Tierra ¿qué podemos hacer con la expresión de la ley de gravitacián universal?

a) Nada porque la ley de la gravitación universal sólo sirve para calcular las fuerzas entre los objetos celestes.

b) La ley de la dinámica de Newton, teniendo en cuenta la fuerza de atracción de la Tierra, nos permite obtener directamente la velocidad con que caen los objetos.

c) La ley de la dinámica de Newton, teniendo en cuenta la fuerza de atracción de la Tierra, nos permite obtener directamente la aceleración con que caen los objetos.

d) Aplicando la ley de la dinámica de Newton, a la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos, obtenemos que estos caen con una aceleración de 9.8 m/s2

José M. Zamarro. Universidad de Murcia FUNDAMENTOS DE FÍSICA PARA ÓPTICOS