Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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La ley de la gravitación universal de Newton


La ley de la gravitación universal de Newton es uno de los pilares de la mecánica clásica. Describe la atracción gravitacional entre dos cuerpos con masa. Antes de profundizar en este concepto, aprendamos el contexto histórico y los fundamentos de la gravedad.

Contexto histórico

La historia de la teoría de la gravedad comienza con Sir Isaac Newton, un matemático y físico inglés. A finales del siglo XVII, Newton propuso la ley de la gravitación universal en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Esta ley fue revolucionaria porque sentó las bases para la física y astronomía modernas.

Interpretación de la ley

La ley de la gravitación universal de Newton establece:

Cada masa puntual atrae a cualquier otra masa puntual en el universo con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.

Analicemos esta afirmación:

  • Masa puntual: En física, una "masa puntual" es un objeto idealizado de masa concentrada en un punto en el espacio.
  • Proporcional al producto de la masa: La fuerza gravitacional aumenta con la masa de los objetos. Cuanto más pesados sean los objetos, mayor será la fuerza gravitacional.
  • Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: La fuerza gravitacional se debilita con el cuadrado de la distancia que separa las masas. Esto significa que si la distancia entre dos cuerpos se duplica, la fuerza gravitacional se vuelve cuatro veces más débil.

La ecuación de la ley de la gravitación universal de Newton es:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Dónde:

  • F es la fuerza gravitacional entre las dos masas.
  • G es la constante gravitacional, aproximadamente 6.674 × 10^(-11) N(m/kg)^2.
  • m1 y m2 son las masas de los dos objetos.
  • r es la distancia entre los centros de las dos masas.

Una representación visual

Para entender la ley de la gravitación universal de Newton, considere la siguiente ilustración, que muestra las fuerzas entre dos masas m1 y m2:

M1 M2 R F

En esta ilustración:

  • El círculo azul representa la primera masa m1.
  • El círculo rojo representa la segunda masa m2.
  • La línea discontinua representa la distancia r entre los centros de las dos masas.
  • La línea verde sólida muestra la fuerza gravitacional F actuando sobre las dos masas, apuntando una hacia otra.

Ejemplos de la vida real

Ejemplo 1: Tierra y Luna

Considere la Tierra y la Luna. Ambas tienen masa y están a una distancia fija entre sí. La fuerza gravitacional entre ellas es lo que mantiene a la Luna en órbita alrededor de la Tierra. Usando la ley de la gravitación universal de Newton:

F = G * (m_tierra * m_luna) / r^2

Si conocemos la masa de la Tierra, la masa de la Luna y la distancia entre ellas, podemos calcular la fuerza de gravedad.

Ejemplo 2: La caída de una manzana

Una manzana cayendo de un árbol es un ejemplo clásico que inspiró a Newton. Cuando la manzana cae hacia la Tierra, en realidad está siendo atraída por la gravedad de la Tierra. Del mismo modo, la manzana ejerce una fuerza igualmente pequeña sobre la Tierra, que es insignificante debido a la enorme masa de la Tierra.

Implicaciones de la ley

La ley de la gravitación universal de Newton tiene muchas implicaciones importantes. Discutamos algunas de ellas:

1. Órbitas

Una consecuencia importante de las leyes de Newton es la explicación del movimiento orbital. Los planetas orbitan el Sol debido a la fuerza gravitacional ejercida por el Sol. Del mismo modo, los satélites orbitan la Tierra debido a la fuerza gravitacional.

2. Mareas

La fuerza gravitacional de la luna y el sol afecta los océanos de la Tierra, causando mareas altas y bajas. El efecto gravitacional de la luna es más fuerte porque está más cerca de la Tierra.

3. Peso

El peso de un objeto es la fuerza de gravedad que actúa sobre él. Es por eso que pesas menos en la Luna que en la Tierra; la fuerza gravitacional de la Luna es más débil.

Limitaciones

Aunque la ley de la gravitación universal de Newton es increíblemente poderosa y útil para muchos cálculos, tiene sus limitaciones:

1. Grandes masas y distancias

Cuando se trata de masas o distancias muy grandes, los resultados predichos por las leyes de Newton pueden ser menos precisos. La teoría general de la relatividad de Einstein proporciona una explicación más completa en estos casos.

2. Precisión

Para cálculos extremadamente precisos, especialmente aquellos que involucran partículas atómicas, la mecánica cuántica proporciona un marco más adecuado.

Conclusión

La ley de la gravitación universal de Newton cambió fundamentalmente nuestra comprensión del universo. Nos permite calcular las fuerzas gravitacionales entre cualquier dos masas. A pesar de sus limitaciones, la ley sigue siendo una parte importante de la educación en física y las aplicaciones del mundo real, formando la base de muchos campos, incluidos la física, la ingeniería y la astronomía.

Entender esta ley nos da una idea de las fuerzas que gobiernan el movimiento de los planetas y los eventos cotidianos, y enfatiza la belleza y simplicidad de cómo funciona el universo.


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