viernes, 30 de enero de 2015

La gravedad como campo

El hecho de que la fuerza de la gravedad también dependa de 1/r2 como lo hace la fuerza de la electricidad, incita a pensar en el concepto de campo para describir la gravedad. Pero al contrario de lo que ocurre con la electricidad, la fuerza de gravedad es tan débil que sólo las grandes masas son capaces de ejercer unas fuerzas apreciables.

La gravedad puede eliminarse localmente mediante una aceleración. Por ejemplo, todos hemos visto los simuladores en los que trabajan los astronautas para recrear las condiciones de ingravidez. De aquí podemos deducir que las fuerzas de gravedad experimentadas se deben más al estado de movimiento del propio observador que a la gravedad en sí. Por ello, sólo las fuerzas diferenciales de la gravedad, denominadas fuerzas de marea, pueden considerarse reales. Es decir, cualquier concepto de campo gravitatorio debería basarse en los efectos de marea, no en la fuerza directa, siendo las ondas del campo gravitatorio ondas de marea. De esta forma, la gravedad objetiva, la que depende del observador, puede decirse que es un efecto secundario de marea.

Cuando un campo eléctrico actúa sobre una carga de prueba, la fuerza resultante puede representarse mediante un único vector, que puede descomponerse en tres dimensiones, en tres componentes perpendiculares. Sin embargo, el efecto de la gravedad de marea es más complicado, ya que en este caso tenemos 9 componentes vectoriales, a las que denominamos tensor, para describir un cizallamiento, una dilatación y una rotación. En resumen, el campo eléctrico es un campo vectorial y el gravitatorio es un campo tensorial.

El campo gravitatorio siempre estará dirigido hacia la masa que lo produce, luego podemos representarlo mediante líneas de fuerza. Una línea de fuerza se traza de tal forma que cada punto sea tangente a la dirección el campo siendo su densidad proporcional a la intensidad de éste.




Para llegar a una mejor comprensión de la fuerzas de marea, ya que este punto es fundamental para comprender este artículo, voy a introducir una explicación basándome en 3 ejemplos. De hecho, Einstein ya advirtió que la gravedad de marea es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo.


Ejemplo1.- Caída libre de dos partículas.

Imaginemos que soltamos dos partículas en caída libre y trayectorias paralelas. Mientras las vemos caer a la Tierra, a nuestros ojos parece que conservan estas trayectorias paralelas. Pero un análisis detallado y minucioso de la acción nos dice que esto no se cumple. Imaginemos que estas partículas tienen la capacidad de penetrar en la Tierra sin ser frenadas en absoluto. Las partículas se sienten atraídas por el centro de gravedad de la Tierra, es decir, por un único punto, lo que produce que se vayan acercando y colisionen en el centro de la Tierra. Para Einstein este corte de líneas inicialmente paralelas es una señal de la curvatura del espacio-tiempo.




Ejemplo 2.- Dos aviones que parten del Ecuador.

Otra forma de ver el ejemplo anterior consistiría en visualizar la trayectoria de dos aviones que parten desde el ecuador, en trayectorias paralelas hacia el polo Norte. Evidentemente, la geometría de la Tierra no es plana, por lo que las trayectorias rectas que son paralelas en el Ecuador convergen y se cortan en el polo norte. De aquí podemos deducir que una distorsión de la geometría plana puede desplazar la posición relativa de partículas vecinas, como si estuvieran actuando fuerzas de marea. Los dos aviones que en un principio parten en líneas paralelas, si no modifican su trayectoria chocarán en el polo norte.




Ejemplo 3.- Astronauta en caída libre hacia la Tierra.

Podemos intuir por los conocimientos que tenemos que la atracción gravitatoria en el astronauta es ligeramente diferente en las diversas partes de su cuerpo. Sus pies están más cerca de la Tierra que su cabeza, por lo que los atrae con mayor fuerza, estirando al astronauta de pies a cabeza. La gravedad también actúa hacia el centro del planeta con lo que podríamos decir que ejerce su acción ligeramente a la izquierda de su lado derecho y ligeramente a la derecha del lado izquierdo de su cuerpo, es decir, comprime los lados de su cuerpo hacia el centro. Desde el punto de vista del astronauta, la fuerza de gravedad hacia abajo ha desaparecido debido a los efectos de la caída libre. Pero lo que sí siente son las tensiones entre la cabeza y los pies y la compresión lateral. Éstas son producidas por las diferencia de gravedad entre las diferentes partes de su cuerpo. La tensión vertical y la compresión lateral son las fuerzas de marea o fuerzas gravitatorias de marea. Este mismo fenómeno es el que produce las mareas oceánicas terrestres.


Esta imagen ha sido obtenida mediante los datos aportados por el satélite GOCE encargado de estudiar el campo gravitatorio terrestre y muestra la caída libre de una manzana hacia la Tierra y la deformación que sufre en el proceso debido a las fuerzas de marea.





17 comentarios:

  1. Una publicación muy interesante!! gracias :D

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  2. Hola Verónica.
    En primer lugar, veo que este artículo no está firmado, ni en él hay ninguna referencia a los autores, ni ningún enlace. Me pregunto si es posible conocer alguna referencia sobre este.
    En segundo lugar, parece como si el artículo, no estuviese completo. Me parece que la informática te ha jugado una mala pasada Verónica.
    El hecho de que la fuerza de la gravedad también dependa de 1/r2
    Estamos tan acostumbrados a pensar de eta manera, .. ( He borrado lo que había escrito. Lo siento)
    Deberíamos pensar más en lo que asumimos i en lo que nos imponen ciertas cosas.
    Un cordial saludo Verónica.
    Josep Martí

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    1. Hola!

      No está firmado porque no es un artículo científico. Es un pequeño artículo parte de otro más largo que escribí hace tiempo y que he querido recuperar. Así que no hay autores, sólo parte de mis conocimientos. Sobre los enlaces que consulté, podría mandártelos vía email. El problema es el Canon AEDE. Ya comenté en su momento que me dolía mucho no incluir referencias. Pero esas referencias son enlaces, y la nueva ley me puede penar. Canon AEDE VS derecho a cita. En fin, prefiero esperar a ver cómo evoluciona el Canon.

      El artículo no está completo porque es parte de otros que he ido escribiendo, pero que dudo si publicarlos o no. No lo comprendo, pero este artículo ha levantado recelo y hasta me han acusado de racista en las redes sociales!!!!!!????????

      Y tercero, es un artículo introducturio. Para las personas que no saben mucha física no me parece adecuado tratar la gravedad bajo las últimas investigaciones. De hecho continúa con el tema de las ondas gravitatorias, pero al ser una introducción al tema no he incluido la polémica que se ha levantado estos meses con los resultados de Biceps.


      Un saludo!

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  3. Una curiosidad que siempre he tenido es cómo se comportaría un plomo de albañil, por ejemplo, si pudiera llegar al centro gravitarorio de la tierra a través de un pozo imaginario que hubiéramos ido escavando con arreglo a la verticalidad marcada por el propio plomo.

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    1. Lo más probable es que entrara en órbita alrededor del centro gravitatorio.

      Un saludo!

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    2. Por tercera vez y última, mando este mensaje.
      La fuerza de Newton en el interior de la Tierra es del tipo oscilador armónico, es decir, es una fuerza de Hooke proporcional a la distancia al centro. El movimiento del plomo sería de oscilación entre las antípodas, (si se desprecia la resistencia dentro del pozo). Por ejemplo, oscilando entre España y Nueva Zelanda sur continuamente.

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    3. Eso es! Lo de probablementte lo he puesto porque no hemos tenido en cuenta la presencia del rozamiento causada por los elementos del interior de la Tierra ni otros fenómenos. siento no haberte contestado antes, pero he estado algunos días ausente.

      Un saludo!

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  4. Hola Vrónica.
    Me encantara leerlo.
    jmrosanes@hotmail.com
    los resultados de Biceps.?
    No estoy al corriente.
    Un saludo.
    Josep Martí

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    1. A petición de algunos lectores seguramente los acabe publicando en el blog.

      Un saludo!

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  5. Hola Verónica.
    A si lo espero.
    Tengo mucha curiosidad.
    Siempre he tenido un problema con la ley de la gravitación universal de Hooke - Newton.
    Me gustaría que alguien me explicara eso de, la inversa a la distancia " r " al cuadrado.
    A pesar de que aparece en alguna ley más como la ley de Coulomb, i alguna otra.
    Es algo que no consigo entender.
    Gracias.
    Un saludo.
    Josep Martí

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    1. Los físicos teóricos trabajan en estas áreas. Pero mi artículos sobre el tema son de un nivel mucho inferior. Sólo son introducciones a conceptos.

      Un saludo!

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    2. amigo Josep Marti..
      Hola amigo, primero decirte que este articulo es un invento, no se quien lo escribió, segundo que lo que tu preguntas en algo difícil de responder con palabras simples. La naturaleza de es tan compleja que aun lo mas sencillo, la particula mas insignificante es infinita en complejidad, asi que no te preocupes si no lo entiendes.
      Por otra parte creo que sera un poco mas fácil hacerte un símil para que puedas hacerte una idea por que la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
      La superficie de una esfera es 4 veces Π multiplicado por (r) elevado al cuadrado. Si la fuerza de gravedad podemos considerarla como lineas de fuerzas(esto es solo para que me entiendas) que parten desde el centro de masa en un campo esférico, y que su numero total depende únicamente del valor absoluto de esa masa. Para cada distancia r del centro de masa debe calcularse, por matemática elemental, una densidad de lineas que atraviesan una superficie unitaria y ortogonal al campo que va a ser inversamente proporcional a la distancia r que la separa. Amigo, mas sencillo que eso no te puedo explicar. Pero esto esta lejos de la realidad ya que el campo es una curvatura en el espacio tetradimensionalidad y ahí el sentido común no funciona. Pregúntale a Alberico

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  6. El sostenimiento teorico de la sospechada epistemologia no ha sido una concepcion original ni menos en derecho como de quienes ufanan haber planteado conocimientos envolventes, es mas el congnocitado defecto que involucra el punto de partida de ese pensamiento filosofico desfasado y que no rige la realidad que da continuismo a su distorsion.
    Para comentario; el esparcimiento ineficaz que lleva una parte supuestamente campada a un estado referencial inadecuado (como ´´reticulo´´) indica un ejemplo distorsivo e incongruente de espacio-tiempo en situacion

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    1. por favor alguien que me explique que ha dicho este .......

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