La Ley de Gravitación Universal de Newton se utiliza para explicar la fuerza gravitacional. La fuerza gravitacional es un tipo de fuerza sin contacto, la fuerza gravitacional es una fuerza en la naturaleza que siempre es atractiva y conservadora. La fuerza gravitacional se define como la fuerza de atracción que experimentan dos o más objetos en contacto. La fuerza gravitacional está determinada por la fórmula obtenida de la Ley Universal de Atracción de Newton, conocida como Fórmula de la Fuerza Gravitacional. Nuestro entorno está rodeado de gravedad. Determina cuánto pesamos y hasta dónde rebotará una pelota de baloncesto antes de tocar el suelo cuando se lanza. La fuerza que la Tierra aplica sobre ti es igual a la fuerza gravitacional sobre la Tierra. La fuerza gravitacional es igual a tu peso mientras estás en reposo sobre o cerca de la superficie de la Tierra. Además, se requiere la presencia de un campo gravitacional en la transferencia de calor por convección natural.

Tabla de contenidos

• ¿Qué es la fuerza gravitacional?
• Ley de gravitación de Newton
• Fórmula de fuerza gravitacional
• Unidad de fuerza gravitacional
• Propiedades de la fuerza gravitacional
• Ejemplos de fuerza gravitacional
• Diferencia entre gravedad y fuerza gravitacional

Ejemplo de fuerza gravitacional

¿Qué es la fuerza gravitacional?

Gravitacional o gravedad es una fuerza que atrae a dos cuerpos cualesquiera en el universo, tengan masas iguales o no. La Ley de Gravitación de Newton afirma que todos los objetos, incluido uno mismo, se atraen entre sí. La unidad de fuerza gravitacional es Newton, denotada como N.

El estudio de la gravitación se ha beneficiado mucho de las contribuciones de muchos científicos de renombre. A principios del siglo XVII, el astrónomo italiano Galileo Galilei descubrió que todos los objetos aceleran uniformemente hacia el centro de la Tierra. En su innovador estudio de 1687, el matemático inglés Isaac Newton hizo el primer descubrimiento de las leyes gravitacionales.

La gravitación se considera una fuerza fundamental ya que su influencia sobre cualquier objeto se puede observar fácilmente. Por tanto, la fuerza gravitacional actúa sobre todo objeto que tiene masa. Entonces la fuerza gravitacional es una fuerza fundamental. Como no hay contacto entre los objetos, la fuerza gravitacional no tiene contacto. Al estar enfocado en el centro de la órbita en la que se mueve el objeto, es centrípeto. Es responsable de mantener la órbita del cuerpo. El cuerpo giratorio experimenta un tirón que se aleja del centro. La fuerza centrífuga es la que provoca este tirón. De todas las fuerzas básicas, la fuerza gravitacional es la más débil.

Leamos más sobre – Aceleración debida a la gravedad

Ley de gravitación de Newton

Fórmula gravitacional de Newton

Ley de gravitación de Newton o la Ley de Gravitación Universal de Newton (o Leyes Universales de Gravitación) es la Ley que conduce al estudio adicional de la Gravitación y establece que todos los objetos en el universo que tienen masas siempre se atraen entre sí con una fuerza de atracción. Esta fuerza de atracción se llama fuerza gravitacional (F) que es,

• Directamente proporcional al producto de las masas (m₁y M₂) de los dos objetos en contacto entre sí, y
• Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) entre sus centros.

La expresión o relación de la ley antes mencionada viene dada por la fórmula de la fuerza gravitacional, que se analiza a continuación:

Fórmula de fuerza gravitacional

La Ley de Gravitación da la Fuerza Gravitacional (F) entre dos cuerpos de masas (m₁y M₂) a una distancia r, aparte de sus centros, viene dada por:

F ∝ metro ₁ metro ₂

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F ∝ 1/r ²

Ahora, combinando las dos relaciones anteriores como,

F ∝ metro ₁ metro ₂ /r ²

F = Gm ₁ metro ₂ /r ²

donde G es la constante de proporcionalidad conocida como Constante gravitacional (= 6.67 ×10⁻¹¹norte⋅metro²/kg²).

Unidad de fuerza gravitacional

• La unidad SI de fuerza gravitacional es Newton (N).
• La fórmula dimensional de la fuerza gravitacional es [M¹l¹t^-2].

Propiedades de la fuerza gravitacional

A continuación se muestran algunos rasgos característicos importantes de la fuerza gravitacional,

• Las fuerzas gravitacionales son siempre atractivas y las más débiles de todas las fuerzas fundamentales.
• Es un tipo de fuerza sin contacto, ya que no requiere ningún contacto físico o tacto para ser experimentada por un sistema de objetos.
• La fuerza gravitacional es una fuerza de largo alcance y no requiere ningún medio.
• El valor de la fuerza gravitacional en la superficie de la Tierra es constante.

Lea también: Fuerzas de contacto y sin contacto

Ejemplos de fuerza gravitacional

Algunos ejemplos de fuerza gravitacional de la vida cotidiana se pueden discutir como,

Fuerza gravitacional de la Tierra

Todo objeto está sujeto a la atracción gravitacional de la Tierra, fenómeno conocido como gravedad. No podemos flotar libremente en el aire debido a la gravedad, que nos mantiene en el suelo. La fuerza que la Tierra y nosotros aplicamos sobre el planeta es igual. La Tierra, sin embargo, no se ve afectada debido a su inmenso tamaño. Si se suelta un objeto colgado, caerá naturalmente en dirección al centro de la Tierra.

Fuerza gravitacional entre la Tierra y la Luna

Debido a la atracción gravitacional de la Tierra y la Luna, la Luna gira alrededor de la Tierra. Para calcular esta fuerza, colocamos sus masas y la separación entre sus dos centros en la fórmula de la fuerza gravitacional. Luego, se encontró que la fuerza gravitacional entre la Tierra y la Luna era 2 × 10²⁰NORTE.

Fuerza gravitacional del sol

Debido a su enorme masa, el Sol ejerce una fuerza gravitacional cuyo alcance es extremadamente amplio. Esta fuerza de atracción hace que todos los planetas orbiten alrededor del Sol en forma elíptica. La fórmula de la fuerza gravitacional se puede utilizar para determinar la fuerza gravitacional que actúa sobre la Tierra desde el Sol y resultó ser 3,5 × 10²²NORTE.

Fuerza gravitacional del sol.

Diferencia entre gravedad y fuerza gravitacional

Gravitacional vs Gravedad

Analicemos en detalle las diferencias clave entre la gravedad y la fuerza gravitacional, como se menciona en la siguiente tabla:

Leer más,

• Diferencia entre fuerza gravitacional y gravedad
• Ley del movimiento planetario de Kepler
• Factores que afectan la aceleración debida a la gravedad

Ejemplos de fuerza gravitacional

Ejemplo 1: Encuentre la fuerza de atracción gravitacional entre dos elefantes, uno de 1000 kg de masa y el otro de 800 kg de masa, si la distancia entre ellos es de 5 m.

Solución:

Dado: metro₁= 1000 kg, m₂= 800 kg, r = 5m

La fórmula para la fuerza gravitacional viene dada por: F_gramo=frac{Gm_1m_2}{r^2}

Aquí, G = 6,67 × 10⁻¹¹norte⋅metro²/kg²

Sustituyendo los valores en la fórmula tenemos:

F_gramo=frac{6.67 ×10^{−11}N⋅ m^2/kg^2)(1000 kg)(800 kg)}{5^2}

F _gramo = 2.1 × 10 ^-6 norte

Ejemplo 2: Encuentre la fuerza de atracción gravitacional entre un hombre de 50 kg de masa y un autobús de 1500 kg de masa, si la distancia entre ellos es de 10 m.

Solución:

Dado: metro₁= 50 kg, metro₂= 1500 kg, r = 10m

La fórmula para la fuerza gravitacional viene dada por: F_gramo=frac{Gm_1m_2}{r^2}

Aquí, G = 6,67 × 10⁻¹¹norte⋅metro²/kg²

Sustituyendo los valores en la fórmula tenemos:

F_gramo=frac{6.67 ×10^{−11}N⋅ m^2/kg^2)(50 kg)(1500 kg)}{10^2}

F _gramo = 5.0025 × 10 ^-8 norte

Ejemplo 3: Suponga que la fuerza gravitacional entre dos cuerpos a cierta distancia es 4 N. Encuentre la fuerza de atracción si la distancia entre ellos se duplica.

Solución:

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La ley de gravitación de Newton establece que la fuerza gravitacional entre dos objetos puntuales es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

F_gramo=frac{Gm_1m_2}{r^2}

La ecuación muestra que, para masas dadas, si r se reemplaza por 2r, la fuerza se convierte en 1/4 de la fuerza original. Por lo tanto, la fuerza de atracción será 4/4 = 1 N.

Ejemplo 4: La masa de la Tierra es 6 × 10 ²⁴ kg. La distancia entre la Tierra y el Sol es 1,5 × 10 ¹¹ metro. Si la fuerza gravitacional entre los dos es 3,5 × 10 ²² N, ¿cuál es la masa del Sol?

Solución:

Dado: metro_Es= 6 × 10²⁴kilogramos, r = 1,5 × 10¹¹metro y F = 3,5 × 10²²norte

La fórmula para la fuerza gravitacional viene dada por: F_gramo=frac{Gm_1m_2}{r^2} .

⇒ 3.5 × 10²²norte =frac{6.67×10^{-11}×6×10^{24}×m_{sun}}{(1.5×10^{11})^2}

⇒ Masa del sol =frac{3.5×10^{22}×2.25×10^{22}}{40.02×10^{13}}

= 1.967 × 10 ³⁰ kg

Preguntas frecuentes sobre la fuerza gravitacional

P1: Defina fuerza gravitacional.

La fuerza gravitacional es una fuerza que atrae dos objetos cualesquiera en el universo, tengan masas iguales o no. Además, la Ley Universal de Gravitación de Newton establece que todo, incluido usted, atrae a todos los demás objetos del universo.

P2: ¿Qué es la fuerza gravitacional entre dos objetos?

La fuerza gravitacional entre dos objetos de masa m₁y M₂a una distancia r entre sí se pueden calcular utilizando la fórmula que se menciona a continuación:

F = Gm ₁ metro ₂ /r ²

P3: ¿Quién descubrió la fuerza gravitacional?

El matemático inglés Isaac Newton hizo el primer descubrimiento de las leyes y fuerzas gravitacionales.

P4: ¿Cuáles son dos propiedades de la fuerza gravitacional?

Las siguientes son las propiedades importantes de las fuerzas gravitacionales:

• Las fuerzas gravitacionales son siempre atractivas y las más débiles de todas las fuerzas fundamentales.
• Es un tipo de fuerza sin contacto, ya que no requiere ningún contacto físico o tacto para ser experimentada por un sistema de objetos.

P5: ¿Cuál es la magnitud de la fuerza gravitacional?

La magnitud de la fuerza gravitacional entre la Tierra y un objeto de 1 kg es 9,8 N.

P6: ¿Cuál es el alcance de la fuerza gravitacional?

El alcance de la fuerza gravitacional es infinito.