LOS ORIGENES DE LA TEORíA DE LA GRAVITACION
Sin detenernos en todos los antiguos modelos del Universo, nos centraremos en el modelo
aristotélico ptolemaico del universo, por su vigencia durante casi 20 siglos.
El siguiente texto que muestra las características esenciales del modelo geocéntrico: "Ordenaba
los cuerpos celestes hacia afuera, desde la Tierra, según sus períodos aparentes de revolución; a
saber, la Luna, el Sol, Venus, Mercurio, Marte, Júpiter y Saturno.. la esfera externa de las
estrellas fijas era movida por el Primum Mobile... Las cosas por debajo de la Luna estaban
hechas a base de los cuatro elementos terrestres, tierra, agua, aire y fuego. Los cielos estaban
formados por un 5º elemento más puro, la quintaesencia.
Los cuerpos celestes eran incorruptibles y eternos, siéndolo también sus movimientos que eran
consiguientemente circulares y uniformes. En la Tierra se daba generación y corrupción, por lo
que los movimientos terrestres eran rectilíneos y tenían principio y fin"
(Mason, vol 1, Pags. 49-50).
El modelo geocéntrico no fue superado fácilmente. Aunque hubo precursores, como Aristarco de
Samos (5. III a. C.), el modelo heliocéntrico sólo se pudo consolidar a partir de 1543, fecha en
que se publicó el libro de Nicolás Copérnico (1473-1543) "De revolutionibus orbium
coelestium". Sin embargo este modelo fue muy atacado durante más de 100 años.
Un partidario del sistema copernicano fue el científico alemán Johannes Kepler (1571-1630) que
en 1600 trabajó con el astrónomo danés Tycho Brahe (1546-1601), utilizando sus datos para
perfeccionar el sistema heliocéntrico. Encontró que las posiciones de Marte no ajustaban con las
órbitas circulares de Copérnico. Esto le llevo a enunciar, tras años de trabajo, las leyes que llevan
su nombre (en 1609 la 1ª y la 2ª y en 1618 la 3ª):
Otra gran contribución al nuevo modelo fueron las observaciones astronómicas de Galileo
(1564-1642) y su obra divulgadora, ampliando los argumentos en favor del sistema copernicano.
Las publicó en latín en el libro "Sidereus Nuncius" (1610), siendo advertido por la Inquisición.
Pero cuando las publica en su gran obra "Diálogo sobre los dos grandes sistemas del mundo"
(1632), en italiano y en forma de diálogo, haciéndolas accesibles a la sociedad, se inicia la
persecución referida en la actividad anterior y que se ha prolongado hasta la actualidad: el
Vaticano no anunció hasta 1968 la conveniencia de anular la condenación de las teorías de
Galileo, que ha hecho efectiva en 1992.
En los 50 años siguientes, otros científicos siguieron abordando estos problemas. El francés
Descartes (1596-1650) intenté explicar la gravitación mediante torbellino de éter, el holandés
Huygens (1629-1695) introdujo la fuerza centrípeta en 1673. Los ingleses Hooke (1635-1703),
Halley (1656-1742) y Wren (1632-1723-), a partir de la fuerza centrípeta y de la 30 ley de Kepler
pudieron deducir la ley del inverso del cuadrado de la distancia hacia 1679 y, a petición de estos,
Newton (1642-1727) culminó estos trabajos con su libro "Principios Matemáticos de la
Filosofía Natural" (1687). Abordaremos la ley de la gravitación universal en el siguiente
apartado, pero previamente, plantearemos la siguiente actividad.
LEY DE NEWTON DE LA GRAVITACION UNIVERSAL
Con la nueva concepción de fuerza, el problema de los movimientos de los cuerpos celestes se
planteaba de otra forma. Efectivamente, cualquier cuerpo que no tenga un movimiento rectilíneo
y uniforme estará sometido a fuerzas. Así, pues, es lógico plantearse qué fuerza debe estar
actuando sobre la Luna para que describa su órbita.
La verificación experimental de la ley de la gravitación encontraba la dificultad de que no se
conocía la masa de los astros. De manera que, como es frecuente en la ciencia, Newton tuvo que
recurrir a una verificación indirecta, es decir, a la comprobación de alguna consecuencia de la
ley.
Compararla con el resultado experimental (3ª ley de
Kepler).
A pesar de la debilidad de las fuerzas gravitatorias para cuerpos utilizables en el laboratorio,
unos 100 años después, Cavendish (1731-1810) realizó la verificación experimental directa de la
ley de Newton y, consiguientemente, determinó la constante universal G.
Una vez conocido G podemos determinar la masa de la Tierra, el Sol o cualquier planeta con
satélites. Por ello se dice que Cavendish fue el primer hombre que "pesó “ la Tierra.
El cálculo de la masa de los satélites (incluyendo la Luna) y la de los planetas que no tienen
satélites (Mercurio, Venus) no es sencillo.
Otras consecuencias de la ley de gravitación universal, desarrolladas en su mayor parte por
el propio Newton, se pueden apreciar en las siguiente actividad.
CAMPO GRAVITATORIO
Newton escribió: "Es inconcebible que la materia bruta inanimada, sin la mediación de algo
más, que no sea material influya y afecte a otra materia sin contacto mutuo.. Una gravedad.. tal
que cualquier cuerpo pueda actuar sobre otro a distancia, a través del vacío, sin la mediación
de algo más, a través de lo cual pueda conducirse la acción y la fuerza, es para mi un absurdo
tan grande que no creo exista un hombre que con facultad de pensamiento sobre materias
filosóficas pueda creer en ello. La gravedad debe estar causada por un agente que actúa
constantemente según ciertas leyes" (citado por Holton, 1976).
El campo gravitatorio se puede representar gráficamente trazando líneas tangentes al vector
intensidad de campo en distintos puntos. Son las llamadas líneas de campo.
MOVIMIENTO DE PLANETAS Y SATELITES
En 1957 los soviéticos pusieron en órbita el satélite Sputnik y en 1961 Yuri Gagarin entró
durante 1 h 40 m en órbita alrededor de la Tierra. El primer paseo espacial de Alexéi Leonov se
realizó en 1965, la llegada de Armstrong y Aldrin a la Luna el 21-Junio-1969 y el primer vuelo
del transbordador espacial en 1981. Desde entonces el espacio se ha convertido en un lugar
concurrido. Son ya millares los satélites en órbita (sin olvidar los restos de cohetes, fragmentos
de satélites, etc situados a unos 2000 km de altura, de los cuales los radares tienen localizados
sólo unos 7000).
Vamos a aplicar algunas de las ideas estudiadas en este capítulo para abordar el problema de la
colocación de satélites en órbita alrededor de un planeta.
http://www.jfrutosl.es/paginas/fisica/documentos/Programas%20guia/Gravitacion.pdf
