Ley de Gravitación Universal de Newton

La ley de gravitación universal es una ley física clásica que describe la interacción gravitatoria entre distintos cuerpos con masa. Ésta fue presentada por Isaac Newton en su libro Philosopie Naturalis Principia Mathematica, publicado en 1687, donde establece por primera vez una relación cuantitativa (deducida empíricamente de la observación) de la fuerza con que se atraen dos objetos con masa. Así, Newton dedujo que la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa. También se observa que dicha fuerza actúa de tal forma que es como si toda la masa de cada uno de los cuerpos estuviese concentrada únicamente en su centro, es decir, es como si dichos objetos fuesen únicamente un punto, lo cual permite reducir enormemente la complejidad de las interacciones entre cuerpos complejos.
Así, con todo esto resulta que la ley de la Gravitación Universal predice que la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas y separados una distancia es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, es decir:

donde es el módulo de la fuerza ejercida entre ambos cuerpos, y su dirección se encuentra en el eje que une ambos cuerpos. es la constante de la Gravitación Universal.

Es decir, cuanto más masivos sean los cuerpos y más cercanos se encuentren, con mayor fuerza se atraerán.
El valor de esta constante de Gravitación Universal no pudo ser establecido por Newton, que únicamente dedujo la forma de la interacción gravitatoria, pero no tenía suficientes datos como para establecer cuantitativamente su valor. Únicamente dedujo que su valor debería ser muy pequeño. Sólo mucho tiempo después se desarrollaron las técnicas necesarias para calcular su valor, y aún hoy es una de las constantes universales conocidas con menor precisión. En 179 se hizo el primer intento de medición(véase el experimento de Cavendish) y en la actualidad, con técnicas mucho más precisas se ha llegado a estos resultados:

en unidades del Sistema Internacional.
Esta ley recuerda mucho a la forma de la ley de Coulomb para las fuerzas electrostáticas, ya que ambas leyes siguen una ley de la inversa del cuadrado (es decir, la fuerza decae con el cuadrado de la distancia) y ambas son proporcionales al producto de magnitudes propias de los cuerpos (en el caso gravitatorio de sus masas y en el caso electrostático de su carga eléctrica).
Aunque actualmente se conocen los límites en los que dicha ley deja de tener validez (lo cual ocurre básicamente cuando nos encontramos cerca de cuerpos extremadamente masivos), en cuyo caso es necesario realizar una descripción a través de la Relatividad General enunciada por Albert Einstein en 1915, dicha ley sigue siendo ampliamente utilizada y permite describir con una extraordinaria precisión los movimientos de los cuerpos (planetas, lunas, asteroides, etc.) del Sistema Solar, por lo que a grandes rasgos, para la mayor parte de las aplicaciones cotidianas sigue siendo la utilizada, debido a su mayor simplicidad frente a la Relatividad General, y a que ésta en estas situaciones no predice variaciones detectables respecto a la Gravitación Universal.



LEY  DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL DE NEWTON:

El satélite GOCE culmina su investigación del campo gravitatorio terrestre  06/11/2013

Después de más de cuatro años y medio de operación, el Explorador del campo Gravitatorio y de la Circulación regular Oceánica (GOCE), está próximo a finalizar su misión. Su vida útil ha sido de 35 meses. En los próximos días, probablemente el viernes, la nave se autodestruirá al entrar en la atmósfera y abandonar su última órbita operacional a una altitud de 229 km. Los científicos y técnicos estarán muy pendientes para seguir la evolución de los restos que se generen. 

GOCE, fabricado por Thales Alenia Space para la Agencia Espacial Europea (ESA), es el satélite más sofisticado jamás construido para investigar el campo gravitatorio de la Tierra. De hecho, ha facilitado el primer mapa de alta resolución del campo gravitatorio de la Tierra. Los datos obtenidos ya han sido ampliamente utilizados en aplicaciones de oceanografía, geofísica, geodesia, glaciología y climatología. 

Por su parte, el Vehículo Automatizado de Transferencia (ATV) Albert Einstein también ha completado con éxito su cuarta misión consecutiva de abastecimiento a la Estación Espacial Internacional. Durante los últimos cinco meses, en que ha permanecido atracado al complejo orbital, dio apoyo al control de actitud y órbita de la estación, y entregó toneladas de suministros. La nave logró un desatraque perfecto el 28 de octubre, seguido de una reentrada destructiva en la atmósfera –totalmente controlada– el 2 de noviembre. También estableció un nuevo récord de retirada de residuos de dos toneladas. 

Otro de los satélites que ha dejado recientemente de operar es el telescopio espacial Planck, también de la ESA, que fue desconectado el pasado 23 de octubre. Este satélite, puesto en órbita en 2009, estaba diseñado para analizar los débiles restos de la radiación del big bang, la denominada ‘radiación cósmica de fondo’. Según sus promotores, aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, “el legado de esta misión sigue vivo”, y sus datos se seguirán analizando durante años. 

INTERACCIÓN GRAVITATORIA

Podemos observar una enorme variedad de acontecimientos en la naturaleza, desde la caída de una hoja en otoño hasta la explosión de una supernova. Puede parecer que hay una gran disparidad de orígenes y explicaciones para entender tantos fenómenos y tan distintos como los que se dan en el Universo. Sin embargo, es aceptado por los científicos que todo puede ser descrito simplemente a partir de cuatro fuerzas fundamentales.

-Nuclear Fuerte.

-Nuclear Débil

-Electromagnetismo

-Gravitatoria

Nos centraremos en esta entrada en la Interacción Gravitatoria:

No hace falta una presentación muy extensa para esta fuerza. La sentimos a cada instante al estar pegados a la Tierra. A pesar de lo que pueda parecer, es extremadamente débil (a diferencia de las otras que son mucho mas fuertes).

No obstante, en presencia de grandes acumulaciones de partículas, es decir, de cuerpos de gran masa, puede tener un efecto enorme, llegando a colapsar estrellas bajo la fuerza gravitatoria interna de su propia masa, dando lugar a los famosos agujeros negros y a las no tan famosas estrellas de neutrones.
Esta fuerza no tiene límite en su alcance, aunque su influencia se reduce según aumenta la distancia, como ya formuló Isaac Newton con su Ley de la Gravitación Universal, una Ley que posteriormente fue mejorada por Einstein. Las ecuaciones de Newton no eran otra cosa que un caso particular de otras más generales. Ese caso particular es el de nuestra vida cotidiana, pero a escala mayor rige la Teoría General de la Relatividad.
Esto es el mayor reto para la física actual, puesto que las otras tres fuerzas se explican mediante la llamada Teoría Cuántica, y hay graves dificultades para unificar ambas teorías y conseguir una única que explique todo, los intentos para relacionar el bosón de la gravedad, el llamado gravitón que no se ajusta a las teorías actuales.

bibliografía:

http://www.serieonline.net/cosmos-2014/temporada-1/01/

http://www.regio7.cat/gent/2013/11/07/nasa-llancara-coet-experiment-catala/249168.html

Los campos magnéticos, arquitectos tan importantes como la gravedad.

Los campos magnéticos, arquitectos del universo tan importantes como la gravedad

¿Por qué se forman astros, como por ejemplo las estrellas, a partir de materia en rotación? La cuestión, una de 
las más importantes de la astrofísica, no puede explicarse recurriendo tan solo a la fuerza de la gravedad.

Cuando Johannes Kepler propuso por primera vez sus leyes del movimiento planetario a principios del siglo XVII, no podría haber previsto el papel clave que los campos magnéticos cósmicos desempeñan en la formación de los sistemas planetarios. Hoy en día, se acepta cada vez más que en ausencia de campos magnéticos, la masa no sería capaz de concentrarse en cuerpos compactos como los de las estrellas y los agujeros negros.

En el caso de nuestro sistema solar, éste se formó hace 4.600 millones años a través de la condensación de una nube gigante de gas, cuya atracción gravitatoria concentró a las partículas en el centro, culminando con la formación de un gran disco. Sin embargo, estos discos de acreción son muy estables desde un punto de vista hidrodinámico ya que, según las leyes de Kepler del movimiento planetario, el momento angular se incrementa desde el centro hacia la periferia.

En definitiva, debe existir un mecanismo que actúa para desestabilizar el disco giratorio y que al mismo tiempo permite transportar la masa hacia el centro y el momento angular hacia la periferia, tal como argumenta Frank Stefani del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR, por sus siglas en alemán).
Ya en 1959, Evgenij Velikhov conjeturó que los campos magnéticos son capaces de provocar turbulencias dentro de flujos de rotación estable. Sin embargo, no fue hasta 1991 cuando los astrofísicos Steven Balbus y John Hawley comprendieron plenamente la importancia fundamental de la inestabilidad magnetorrotacional en la formación de estructuras cósmicas.

Para poder demostrar que la inestabilidad magnetorrotacional funciona realmente, hay que demostrar que los discos exhiben un grado determinado de conductividad eléctrica. En áreas de baja conductividad, como las "zonas muertas" de los discos protoplanetarios o las regiones alejadas de los discos de acreción que rodean a los agujeros negros supermasivos, el efecto de la inestabilidad magnetorrotacional resulta numéricamente difícil de evaluar y es, por lo tanto, tema de disputas científicas.

Oleg Kirillov y Frank Stefani, del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf, han dado ahora con una nueva explicación teórica de este fenómeno, mostrando cómo exactamente los campos magnéticos también pueden causar turbulencias dentro de las "zonas muertas", y atando así los cabos sueltos que habían quedado tras los últimos avances fundamentales en este capítulo de la física.

Se confirma, por tanto, el importante papel de los campos magnéticos en la construcción de muchas de las estructuras del universo.

Recreación artística de un disco protoplanetario. (Imagen: Pat Rawlings / NASA)

Los agujeros negros y su inmenso campo gravitatorio.

Un agujero negro  es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación, lo cual fue conjeturado por Stephen Hawking en los años 1970. La radiación emitida por agujeros negros como Cygnus X-1 no procede sin embargo del propio agujero negro sino de su disco de acrección .3

La gravedad de un agujero negro, o «curvatura del espacio-tiempo», provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Esto es previsto por las ecuaciones de campo de Einstein. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo los fotones. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio. En los años 70, Hawking, Ellis y Penrose demostraron varios teoremas importantes sobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros.4 Previamente, en 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujeros negros debían tener una geometría cuasi-esférica determinada por tres parámetros: su masa M, su carga eléctrica total e y su momento angular L.


Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos.5 La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas.

Ondas: la barrera del sonido.

 La barrera del sonido fue considerada un límite físico que impedía que objetos de gran tamaño se desplazaran a velocidad supersónica. Cuando esta es vencida por un objeto, estalla formando una explosión sónica que puede ser muy molesta al oído humano, este fenómeno se debe a que el foco emisor del sonido supera la velocidad de expansión de las mismas ondas sonoras, produciendo un retardo de estas y creando una resistencia muy alta sobre el objeto.








En el año 2012, el austriaco Felix Baumgartner, se convirtió en el primer hombre en romper la barrera del sonido en caída libre y sin ayuda de maquinaria externa, desde una altura de 39.068 metros y alcanzando una velocidad máxima de 1342 km/h.

https://www.youtube.com/watch?v=KzyBMH4io-k

En este vídeo aparecen aviones rompiendo la barrera del sonido y podemos ver sus efectos.

La NASA logra la teleportación cuántica a la distancia récord de 25 kilómetros

Investigadores de la NASA han logrado teletransportar información sobre el estado cuántico de un fotón, una partícula de luz, a 25 kilómetros de fibra óptica hasta un «banco de memoria» en cristal.

El récord anterior en la fibra óptica era de 6 kilómetros. Este fenómeno complejo de teleportación cuántica podría tener implicaciones para la criptografía, que consiste en la transmisión de información de forma segura, incluidas las comunicaciones entre la Tierra y las naves espaciales.

«Podemos imprimir el estado de un sistema en otro sistema, incluso cuando los dos están muy separados», dijo Francesco Marsili, ingeniero de microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro(JPL) de la NASA en Pasadena. «El uso de este efecto en las comunicaciones podría ayudar a la construcción de una red de comunicaciones espaciales intrínsecamente segura, es decir, canales de comunicación que no puede ser hackeados».

Marsili y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), desarrollan dispositivos que pueden detectar las partículas individuales de luz, llamados fotones desarrollados.

«Es difícil detectar un único fotón, por lo que se necesita para hacer un detector sensible», dijo. «Aquí en el JPL, en colaboración con el NIST, hemos desarrollado el detector más sensible en el mundo».

Cómo funciona la teleportación cuántica

El teletransporte cuántico no significa que alguien pueda saltar de Nueva York a San Francisco instantáneamente, pero parece ciencia ficción en el sentido de que el estado de una partícula (fotón P) se destruye en un solo lugar, pero se reproduce en otro sistema remoto (fotón B ) sin que las dos partículas hayan interactuado nunca.

LAS LEYES DE KEPLER

Justificación visual de las leyes de Kepler

KEPLER

Johannes Kepler, figura clave en la revolución científica, astrónomo y matemático alemán; conocido fundamentalmente por sus leyes sobre el movimiento de los planetas en su órbita alrededor del Sol.

A continuación os adjunto un video de YouTube que explica visualmente las 3 leyes de Kepler y sobre el movimiento de los planetas en su órbita alrededor del Sol.

gravedad (ZERO-G y en la Tierra)

• Experimentar la ingravidez en nuestra atmósfera es posible e incluso con un avión comercial sin ninguna modificación. En este vídeo se explica como se consigue, y nos muetran ejemplos de investigaciones relacionadas con esta ingravidez que pueden ser interesantes. 

  (volar sin gravedad) https://www.youtube.com/watch?v=yc9Jy_9eNLY 

•    Y en el siguiente enlace podemos ver un vídeo que explica la variación de la gravedad según la zona de la Tierra. Este cambio, como se explica, depende del tipo de materiales de la zona sobre todo su densidad y mediante un proyecto con satélite se está intentando hacer una representación de dicha variación.

  (el poder de la fuerza de la gravedad en la Tierra)  https://www.youtube.com/watch?v=nBWW9tiwmNY

ATERRATGE DE PHILAE SOBRE EL COMETA 67P/Churyumor-Gerasimenco

Paga la pena seguir el que està passant avui, un dia històric (si tot ix bé) per a la navegació espacial i per a les aspiracions europees de "ser algú" en el terreny de la cosmonàutica.

Ací teniu un link que explica com és la missió.
http://elpais.com/elpais/2014/11/07/media/1415391144_683857.html

Los 10 experimentos más bellos de la física

Ayer fue publicado en la web del diario  El Mundo un artículo muy interesante sobre los que son, según una encuesta realizada por Robert Crease en 2002, los 10 experimentos más bellos de la física. Estos fueron recreados por el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Granada y entre ellos me gustaría destacar algunos relacionados con contenidos vistos en clase como por ejemplo:

1. La interferencia de la luz (Thomas Young-1801),que no solo demostró la naturaleza ondulatoria de la luz sino que mediante la utilización de dos rendijas pudo apreciar la interferencia entre las ondas.

2. La balanza de torsión (Cavendish-1789), mediante la cual Cavendish pudo calcular la densidad de la Tierra con ayuda de la constante de gravitación universal.

3. El péndulo de Foucault (Foucault-1851), que Foucault utilizó para demostrar mediante su movimiento oscilatorio que la Tierra giraba.

4. La medición de la circunferencia terrestre (Eratóstenes, siglo III a.c.), que fue realizada por este astrólogo y filósofo griego con la ayuda de la trigonometría y una varilla que proyectaba su sombra.

http://www.elmundo.es/andalucia/2014/11/08/545d0187ca47416a668b456e.html

Visualización de los campos gravitatorios y obtención de la constante de gravitación universal G

He encontrado unos contenidos referentes al tema de la gravitación que actualmente estamos dando en clase y quería compartir dos links que a mi juicio, pueden ser de interés :

El primero es un experimento sacado de youtube, aunque esta en inglés creo que es bastante visual. Se trata de un experimento grabado en una case de física, que permite observar los campos magnéticos y las interacciones que estos efectúan en los cuerpos que están dentro de su radio de acción. Además explica las interacciones gravitatorias en las órbitas planetarias.

https://www.youtube.com/watch?v=MTY1Kje0yLg


El segundo link me parece interesante porque explica dos formas de medir a constante G de gravitación universal (la primera mediante el experimento de Cavendish y la segunda mediante ecuaciones trigonométricas y ecuaciones diferenciales, que aunque exceden los conocimientos matemáticos del curso, están resueltas y explicadas) ayudándose de dibujos y gráficas, haciendo un seguimiento paso a paso de todos los cálculos y fórmulas.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/celeste/constante/constante.htm#La experiencia de Cavendish. La masa de la Tierra

L'HIVERN NUCLEAR. INTERESANT CONCEPTE HISTÒRIC

Dintre de l'aniversari de la publicació de la teoria de "Hivern nuclear", val la pena recordar el que va significar en el seu moment la tensió entre els grans blocs oposats de la "guerra freda" entre els anys 60-80. També és molt important considerar quin es el paper que la CIÈNCIA i, en especial, els científis, juguen, han jugat i poden jugar, quan simplement diuen el que pensen (que, per cert, és o deuria ser la seua obligació).
Recordeu també aquella frase memorable del gran geni A. Einstein: "Si la tercera guerra mundial es fa amb armes nuclears, la quarta es farà amb pals i pedres".

Ací teniu un article molt interesant al respecte:
http://www.agenciasinc.es/Opinion/Treinta-anos-del-invierno-nuclear-que-enfrento-a-Sagan-contra-Reagan