cuatro fuerzas fundamentales gobiernan todas las interacciones dentro del Universo. Son fuerzas nucleares débiles, fuerzas nucleares fuertes, electromagnetismo y gravedad. De estos, la gravedad es quizás la más misteriosa. Si bien se ha entendido durante algún tiempo cómo opera esta ley de la física en la macroescala-que gobierna nuestro Sistema Solar, galaxias y supercúmulos – cómo interactúa con las otras tres fuerzas fundamentales sigue siendo un misterio.
naturalmente, los seres humanos han tenido una comprensión básica de esta fuerza desde tiempos inmemoriales., Y cuando se trata de nuestra comprensión moderna de la gravedad, el crédito se debe a un hombre que descifró sus propiedades y cómo gobierna todas las cosas grandes y pequeñas: Sir Isaac Newton. Gracias a este físico y matemático inglés del siglo XVII, nuestra comprensión del universo y las leyes que lo gobiernan cambiarían para siempre.,
Si bien todos estamos familiarizados con la imagen icónica de un hombre sentado debajo de un manzano y teniendo una caída sobre su cabeza, las teorías de Newton sobre la gravedad también representaron la culminación de años de investigación, que a su vez se basó en siglos de conocimiento acumulado. Presentó estas teorías en su obra maestra, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica («principios matemáticos de la filosofía Natural»), que se publicó por primera vez en 1687.,
En este volumen, Newton establecido lo que vendría a ser conocido como sus Tres Leyes del Movimiento, que se derivan de Johannes Kepler Leyes del Movimiento Planetario y su propia descripción matemática de la gravedad. Estas leyes sentarían las bases de la mecánica clásica y permanecerían incuestionables durante siglos, hasta el siglo XX y el surgimiento de la teoría de la relatividad de Einstein.
física para el siglo XVII:
el siglo XVII fue un momento muy auspicioso para las ciencias, con grandes avances que se producen en los campos de las matemáticas, la física, la astronomía, la biología y la química. Algunos de los mayores desarrollos en el período incluyen el desarrollo del modelo heliocéntrico del Sistema Solar por Nicolás Copérnico, el trabajo pionero con telescopios y astronomía observacional por Galileo Galilei, y el desarrollo de la óptica moderna.,
fue también durante este período que Johannes Kepler desarrolló sus leyes del movimiento planetario. Formuladas entre 1609 y 1619, estas leyes describían el movimiento de los planetas entonces conocidos (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno) alrededor del Sol. Ellos declararon que:
- Los planetas se mueven alrededor del sol en elipses, con el sol en un foco
- La línea que conecta el sol a un planeta Barre áreas iguales en tiempos iguales.,
- El cuadrado del período orbital de un planeta es proporcional al cubo (3ª potencia) de la distancia media desde el sol en (o en otras palabras–del»semieje mayor» de la elipse, la mitad de la suma de la distancia más pequeña y mayor desde el sol).
estas leyes resolvieron los problemas matemáticos restantes planteados por el modelo heliocéntrico de Copérnico, eliminando así toda duda de que era el modelo correcto del Universo. Trabajando a partir de estos, Sir Isaac Newton comenzó a considerar la gravitación y su efecto en las órbitas de los planetas.,
Las Tres Leyes de Newton:
en 1678, Newton sufrió una crisis nerviosa completa debido al exceso de trabajo y una disputa con su compañero astrónomo Robert Hooke. Durante los siguientes años, se retiró de la correspondencia con otros científicos, excepto donde la iniciaron, y renovó su interés en la mecánica y la astronomía., En el invierno de 1680-81, la aparición de un cometa, sobre el que mantuvo correspondencia con John Flamsteed (Astrónomo Real de Inglaterra) también renovó su interés en la astronomía.
Después de revisar las leyes del movimiento de Kepler, Newton desarrolló una prueba matemática de que la forma elíptica de las órbitas planetarias resultaría de una fuerza centrípeta inversamente proporcional al cuadrado del vector radio. Newton comunicó estos resultados a Edmond Halley (descubridor del» cometa Haley») y a la Royal Society en su de motu corporum en gyrum.,
este tratado, publicado en 1684, contenía la semilla de lo que Newton expandiría para formar su obra maestra, la Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Este tratado, que fue publicado en julio de 1687, contenía las tres leyes del movimiento de Newton, que declaraban que:
- cuando se ve en un marco de referencia inercial, un objeto permanece en reposo o continúa moviéndose a una velocidad constante, a menos que actúe sobre una fuerza externa.,
- La suma vectorial de las fuerzas externas (F) en un objeto es igual a la masa (m) de ese objeto multiplicada por el vector de aceleración (a) del objeto. En forma matemática, esto se expresa como: F = ma
- Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza igual en magnitud y opuesta en dirección sobre el primer cuerpo.
juntas, estas leyes describen la relación entre cualquier objeto, las fuerzas que actúan sobre él y el movimiento resultante, sentando las bases de la mecánica clásica., Las leyes también permitieron a Newton calcular la masa de cada planeta, el aplanamiento de la Tierra en los polos, y el bulto en el ecuador, y cómo la atracción gravitacional del sol y la Luna crean las mareas de la Tierra.,
en el mismo trabajo, Newton presentó un método similar al cálculo de análisis geométrico utilizando ‘relaciones primera y última’, calculó la velocidad del sonido en el aire (basado en la Ley de Boyle), explicó la procesión de los equinoccios (que mostró que eran el resultado de la atracción gravitacional de la Luna hacia la Tierra), inició el estudio gravitacional de las irregularidades en el movimiento de la luna, proporcionó una teoría para la determinación de las órbitas de los cometas, y mucho más.,
Newton y el «incidente de la manzana»:
La historia de Newton con su teoría de la gravitación universal como resultado de una manzana cayendo sobre su cabeza se ha convertido en un elemento básico de la cultura popular. Y aunque a menudo se ha argumentado que la historia es apócrifa y Newton No ideó su teoría en ningún momento, Newton mismo contó la historia muchas veces y afirmó que el incidente lo había inspirado.
además, los escritos de William Stukeley – un clérigo inglés, anticuario y miembro de la Royal Society-han confirmado la historia., Pero en lugar de la representación cómica de la manzana golpeando a Newton en la cabeza, Stukeley describió en sus memorias de la vida de Sir Isaac Newton (1752) una conversación en la que Newton describió ponderar la naturaleza de la gravedad mientras veía caer una manzana.
«…entramos en el jardín, & bebió thea bajo la sombra de algún appletrees; sólo él, & mi auto. en medio de otro discurso, me dijo, estaba en la misma situación, como cuando antes, la noción de gravitación vino a su mente., «¿por qué esa manzana siempre debe descender perpendicularmente al suelo», pensó para sí mismo; ocasionado por la caída de una manzana
John Conduitt, asistente de Newton en la casa de la moneda real (que finalmente se casó con su sobrina), también describió escuchar la historia en su propio relato de la vida de Newton. Según Conduitt, el incidente tuvo lugar en 1666 cuando Newton viajaba para reunirse con su madre en Lincolnshire., Mientras serpenteaba en el jardín, contempló cómo la influencia de la gravedad se extendía mucho más allá de la Tierra, responsable de la caída de apple, así como la órbita de la Luna.
de manera similar, Voltaire escribió en su ensayo sobre poesía épica (1727) que Newton había pensado por primera vez en el sistema de gravitación mientras caminaba en su jardín y veía caer una manzana de un árbol. Esto es consistente con las notas de Newton de la década de 1660, que muestran que estaba lidiando con la idea de cómo la gravedad terrestre se extiende, en una proporción de cuadrados inversos, a la Luna.,
Sin embargo, le tomaría dos décadas más para desarrollar plenamente sus teorías hasta el punto de que fue capaz de ofrecer pruebas matemáticas, como se demuestra en los Principia. Una vez que se completó, dedujo que la misma fuerza que hace que un objeto caiga al suelo era responsable de otros movimientos orbitales. Por lo tanto, lo llamó «gravitación universal».,
se afirma que varios árboles son » el » manzano que Newton describe. La Escuela Del Rey, Grantham, afirma que su escuela compró el árbol original, lo arrancó y lo transportó al jardín del director algunos años más tarde. Sin embargo, el National Trust, que tiene la mansión Woolsthorpe (donde Newton creció) en fideicomiso, afirma que el árbol todavía reside en su jardín. Un descendiente del árbol original se puede ver creciendo fuera de la puerta principal del Trinity College, Cambridge, debajo de la habitación donde Newton vivía cuando estudió allí.,
El trabajo de Newton tendría un profundo efecto en las ciencias, con sus principios siendo canon durante los siguientes 200 años. También informó el concepto de gravitación universal, que se convirtió en el pilar de la astronomía moderna, y no se revisaría hasta el siglo XX, con el descubrimiento de la mecánica cuántica y la teoría de la Relatividad General de Einstein.
hemos escrito muchos artículos interesantes sobre la gravedad aquí en Universe Today. ¿Quién era Sir Isaac Newton?, ¿Quién Era Galileo Galilei?, ¿Cuál es la fuerza de gravedad?¿ y cuál es la constante gravitacional?,
Astronomy Cast tiene unos dos buenos episodios sobre el tema. Aquí está el Episodio 37: lente gravitacional, y el episodio 102: gravedad,