IMPORTANT: Si us voleu donar d'alta, escriviu-nos a wiki@matadejonc.cat

La Gravetat i la Caiguda lliure - Gravetat

De Matawiki
Dreceres ràpides: navegació, cerca

LA GRAVETAT I LA CAIGUDA LLIURE

Poma.jpg

La Gravetat · A la Terra · Caiguda lliure · Història · Curiositats
La llei · La constant · Fonts d'informació · Crèdits


Contingut

Què és?

La gravetat és la força d'atracció mútua que experimenten dos objectes amb massa. Es tracta d’una de les quatre forces fonamentals observades fins ara a la naturalesa: la força electromagnètica, la força nuclear feble, la força nuclear forta i la força de la gravetat.

La gravetat és la més important per al funcionament de l'Univers.


A causa de la gravitació exercida per la Terra sobre els cossos materials pròxims a la seva superfície, aquests cauen amb una acceleració constant de -9.81 m./s.2. A aquest valor se l'anomena acceleració de la gravetat i se'l simbolitza per la lletra g. El valor de g varia amb la distancia al centre de la Terra i localment també varia per la presència en el subsòl de materials de densitats diferents, però com que la diferència és mínima per a les aplicacions de la gravetat s'utilitza el valor -9.81 m./s.2.


Les forces nuclears tan sols apareixen en el món atòmic i subatòmic; la força electromagnètica és divideix, ja que existeixen dos tipus de càrrega (positiva i negativa); en canvi, la de la gravetat és la que causa el moviment de la Terra al voltant del Sol i que el Sol es mogui al voltant del centre de la Via Làctia. A part d'això, és la que menys entenen els físics moderns. Aquests aspiren a formular la Gran Teoria Unificada, on les quatre forces estiguin unides en un model físic que descrigui el comportament de l'univers com un tot. En aquest moment, la gravetat és la força que es resisteix a la unió.

Sempre s'ha dit que la gravetat ens atrau cap al centre de la Terra; però si analitzem detingudament la forma en què un objecte massiu "deforma" l’espai-temps que l'envolta arribarem a la conclusió que no és una força que ens atrau, sinó més bé una força que ens empeny cap al centre d’un cos massiu, en aquest cas la Terra. Per tant, hauríem de dir: “La gravetat és la força que empeny un objecte massiu cap al centre d’un altre de més massiu”.

Camp gravitatori

És un camp de força vectorial que descriu l'acceleració de la gravetat a una regió de l'espai. Això permet calcular la força de la gravetat que afecta a qualsevol objecte situat a la regió estudiada. La definició la va fer Isaac Newton, però després Albert Einstein la va redefinir en la relativitat general.

La gravitació a la física de Newton és la primera aproximació. Aquí podem definir el camp gravitatori com la força per l'unitat de massa que experimentarà una partícula puntual davant la pesència d'una distribució de massa unitat. El càlcul es pot fer mitajançant la Llei de la gravitació universal de Newton, ja que el camp gravitatori al voltat d'una partícula és un camp vectorial on, a cada punt de l'espai, se li associa un vector de força de mòdu igual a la força que expeimentaria una partícula de massa elemental en aquell punt en presència de la partícula estudiada amb direcció cap a la partícula estudiada.


Gravetat segons ...

  • Issac Newton

La Llei de la Gravitació Universal de Newton estableix que la força que exerceix una partícula puntual amb massa M sobre una altra amb massa m és directament proporcional al producte de les masses i la constant gravitacional, i inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa r.

Caricatura d'Isaac Newton

Newton creia que la força gravitacional radiava igualment en totes les direccions del cos central. Newton reconeixia que aquest model gravitacional havia de prendre la forma d'una relació d'arrel quadrada invertida. Aquest model prediu que les òrbites d'objectes que envolten un cos central són seccions còniques. Molts d’anys d'observacions astronòmiques han sostingut aquesta tesi La relació que Newton va descobrir s'assembla a això:

 4411cae0fa304870b63a661358ccd016.png

F és la força de la gravetat (en unitats referides com newtons), m1 i m2 són les masses de dos objectes (en quilograms); r és la distància que separa els centres de massa dels objectes i G és la "Constant Gravitacional". Aquesta relació és universal perquè tots els objectes de l'univers s'atreuen entre si d'acord a aquesta relació.

Per expressar-ho d'una manera més simple direm que la gravetat es directament proporcional al producte de les seves masses i inversament proporcional al quadrat de la seva distància.



  • Einstein

Segons les idees de Galileu i Isaac Newton els esdeveniments es poden representar segons uns eixos de coordenades (s,t) , per un observador immòbil, mentre per un observador en moviment, es representen per (v',t') segons les equacions:

   S = S − v*t
   t=t

On s és la coordenada del espai, en la direcció del moviment, i t la del temps, amb la qual cosa es suposa que mentre el temps és universal per tots els observadors, la posició varia segons el temps.

Einstein per altra banda, suposa que no sols l'espai varia amb el moviemnt sinó que també ho fa el temps en relació a la velocitat.

Per tant, segons Einstein, la gravetat és una deformació del sistema de quatre dimensions (tres per l'espai, i una per el temps).

Representació gràfica de la distorció espai-temps segons Albert Einstein


Variació de la gravetat:

  • Variació a la terra

L’acceleració de la gravetat a la terra, al nivell del mar és d’uns 9,80665 m/s², però varia segons l’altura a la qual ens trobem. La gravetat de la terra és màxima a la superfície. A mesura que es puja, la distància entre les dues masses afectades per l’atracció es major i la gravetat es menor. Quan ens endinsem a l’interior de la terra i deixem a d’alt la superfície, ja que cada vegada més part del planeta ens queda per sobre i menys per davall,amb això podem assegurar que al centre de la terra la gravetat es nul·la, perquè s’igualen les forces d’atracció entre els dos cossos. La gravetat encara té unes variacions més, la primera és que a causa de la forma ovalada que agafa la Terra per l’enfonsament dels pols nord i sud, podem dir que la gravetat augmenta amb la latitud, i la segona és per la rotació terrestre, produeix una acceleració centrífuga que agafa la seva potència màxima a l’equador i mínima als pols. Els valors de la gravetat a l’equador i als pols son:

g (equador)= 9,7803 m/s²

g (pols)= 9,8322 m/s²


  • Per què en alguns llocs de la Terra la gravetat és més intensa que a d'altres llocs?

Perquè en alguns llocs de la terra ens sentim més lleugers que en uns altres? La causa d'aquestes irregularitats es desconeguda ja que les carecterístiques actuals de la superfície no pareixen ser el motiu. Els científics tenen l'hipòtesis que els factors més importants radiquen en la profunditat de les estructures subterrànees i poden referir-se a la apariència de la Terra en un passat llunyà. Aquest mapa mostra la diferència de la gravetat en la Terra.

Mapa de la gravetat de la Terra.


  • El Mapa GRACE

Per a comprendre millor la superfície de la Terra s'han utilitzat diferents satèl·lits, que es troben a diferents distàncies anomenats GRACE, s'han utilitzat per a reproduir el millor mapa fet fins ara del camp gravitatori terrestre. Les zones que observem en aquest mapa, acolorides de vermell, ens indiquen àrees on la gravetat és lleugerament més intensa del que és habitual, i les àrees blaves mostren les regions on la gravetat es menys intensa, on una persona es podria sentir una mica més lleugera. La majoria d'irregularitats del mapa poden ser atribuïdes a les mateixes característiques de la superfície, com la Serralada de l'Atlàntic Nord i les Muntanyes de l'Himàlaia, però n'hi ha d'altres que poden estar relacionades amb les diferents densitats que hi ha a l'escorça.

Fitxer:Anomalies.jpg
Mapamundi GRACE


  • La gravetat als altres astres del sistema solar

La gravetat, no és igual en tots els astres del sistema solar. Seguidament us mostrem una taula on surten representades les gravetats dels astres del sistema solar, agafant com a referència la terra (9.8m/s2 =1G).

Sistema solar


Planeta Gravetat
Sol 27,90 G
Mercuri 0,37 G
Venus 0,88 G
Terra 1,00 G
Urà 0,16 G
Lluna 0,16 G
Mart 0,38 G
Júpiter 2,64 G
Saturn 1,15 G
Neptú 1,22 G
Plutó 0,06 G

Llei de la gravitació

En el segle XVII, Newton va explicar per què els planetes giraven al voltant del Sol seguint una òrbita el·líptica. Va ser Newton també qui va dir que quan una poma cau a terra ho fa perquè a l'interior de la Terra hi ha una força (la gravetat) que atrau cap allí tots els cossos. A més, va afirmar que aquest fenomen no només afectava el nostre planeta, sinó que també a tota la resta d'astres. Per això, el Sol atrau a la Terra, al mateix temps que la Terra atrau al Sol (tot i que amb molta menys força). Si el nostre planeta no cau cap el Sol és perquè existeix una altra força (provocada pel seu moviment) que actua en sentit contrari. La sèrie de punts en què ambdues forces s'equilibren constitueix la trajectòria (l'orbita terrestre) que recorre la Terra al voltant del Sol. El mateix passa amb els altres planetes.

Eines de l'usuari
Espais de noms
Variants
Accions
Navegació
Escola
Imprimeix/exporta
Eines