Campo Gravitacional
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El campo gravitacional es la región del espacio donde una masa ejerce una fuerza de atracción sobre otras masas. Este concepto explica desde la caída de objetos hasta el movimiento de planetas y satélites.
Este tema es un componente habitual en las PNE del MEP.
A continuación se presentan la ley de gravitación universal, la intensidad del campo gravitacional y las aplicaciones en órbitas y peso.
La constante G es universal: tiene el mismo valor en todo el universo. La fuerza gravitatoria siempre es atractiva.
En la superficie terrestre: g ≈ 9,8 m/s² (usando M_Tierra y R_Tierra en la fórmula).
A mayor altitud, r aumenta y g disminuye. A mayor profundidad, la masa efectiva disminuye y g también baja.
El campo gravitacional es un campo vectorial: en cada punto tiene magnitud y dirección (siempre apuntando hacia el centro de la masa).
Peso (W): fuerza gravitatoria sobre un objeto. W = m·g. Cambia según el valor local de g.
Ejemplo: Un astronauta de 70 kg pesa 686 N en la Tierra (g = 9,8) pero solo 114 N en la Luna (g = 1,63).
Velocidad orbital: v = √(G·M/r). A mayor altura, menor velocidad orbital.
Órbita geoestacionaria: el satélite orbita con el mismo período que la rotación terrestre (24 h), manteniendo una posición fija sobre el ecuador a ~36.000 km de altitud.
Las leyes de Kepler describen las órbitas planetarias: son elipses con el Sol en un foco, barren áreas iguales en tiempos iguales, y T² ∝ r³.
Cerca de la superficie terrestre se simplifica a U = m·g·h (tomando el suelo como referencia).
Velocidad de escape: la velocidad mínima para que un objeto abandone un campo gravitatorio sin propulsión adicional. v_escape = √(2G·M/R).
Para la Tierra: v_escape ≈ 11,2 km/s.
Te deseamos mucho éxito en tu preparación para las PNE.
Este tema es un componente habitual en las PNE del MEP.
A continuación se presentan la ley de gravitación universal, la intensidad del campo gravitacional y las aplicaciones en órbitas y peso.
Ley de gravitación universal de Newton
Toda masa atrae a toda otra masa con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros.La constante G es universal: tiene el mismo valor en todo el universo. La fuerza gravitatoria siempre es atractiva.
Intensidad del campo gravitacional
La intensidad del campo gravitacional (g) en un punto es la fuerza por unidad de masa: g = G·M/r².En la superficie terrestre: g ≈ 9,8 m/s² (usando M_Tierra y R_Tierra en la fórmula).
A mayor altitud, r aumenta y g disminuye. A mayor profundidad, la masa efectiva disminuye y g también baja.
El campo gravitacional es un campo vectorial: en cada punto tiene magnitud y dirección (siempre apuntando hacia el centro de la masa).
Peso vs. masa
Masa (m): cantidad de materia, medida en kg. No cambia con la ubicación.Peso (W): fuerza gravitatoria sobre un objeto. W = m·g. Cambia según el valor local de g.
Ejemplo: Un astronauta de 70 kg pesa 686 N en la Tierra (g = 9,8) pero solo 114 N en la Luna (g = 1,63).
Órbitas y satélites
Un satélite en órbita circular está en caída libre continua: la gravedad proporciona la fuerza centrípeta.Velocidad orbital: v = √(G·M/r). A mayor altura, menor velocidad orbital.
Órbita geoestacionaria: el satélite orbita con el mismo período que la rotación terrestre (24 h), manteniendo una posición fija sobre el ecuador a ~36.000 km de altitud.
Las leyes de Kepler describen las órbitas planetarias: son elipses con el Sol en un foco, barren áreas iguales en tiempos iguales, y T² ∝ r³.
Energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria entre dos masas es U = −G·M·m/r. Es negativa porque se requiere energía para separar las masas.Cerca de la superficie terrestre se simplifica a U = m·g·h (tomando el suelo como referencia).
Velocidad de escape: la velocidad mínima para que un objeto abandone un campo gravitatorio sin propulsión adicional. v_escape = √(2G·M/R).
Para la Tierra: v_escape ≈ 11,2 km/s.
Cierre
El campo gravitacional unifica fenómenos tan diversos como la caída de una manzana y el movimiento de los planetas. Comprender la ley de gravitación universal y sus consecuencias permite resolver problemas de peso, órbitas y energía gravitatoria.Te deseamos mucho éxito en tu preparación para las PNE.