Energía potencial gravitacional – Física

Existe una fuerza de atracción, proveniente de la Tierra, que hace que los objetos y las personas permanezcan en la superficie de la Tierra. También permite que la atmósfera esté alrededor del Planeta, favoreciendo las condiciones de vida, así como los satélites artificiales y naturales (Luna).

Al contrario de lo que mucha gente piensa, que solo los cuerpos se sienten atraídos por la Tierra, la Tierra también puede ser atraída por ellos todos los cuerpos en el universo tienen campo gravitacional. Pero la Tierra ni siquiera siente este campo gravitacional de los cuerpos que se encuentran en ella, porque cuanto menor es la masa del cuerpo, menor es el campo y cuanto mayor es la masa, mayor es el campo.

Por ello, los cuerpos que se encuentran en la Tierra, con una masa infinitamente menor que la de ella, sienten la fuerza de atracción con más intensidad, moviéndose hacia la Tierra. ¡Por eso caen los objetos!

Galileo Galilei (1564-1642) fue uno de los primeros en investigar experimentalmente la caída libre de objetos, encontrando que los cuerpos caen con un movimiento acelerado, con aceleración constante. Más tarde, Isaac Newton (1642-1727), un físico inglés, cuyo nacimiento fue el mismo año en que murió Galileo, llegó a desarrollar las teorías de Galileo.

Newton demostró la idea de que todos los cuerpos tienen un campo gravitacional, pero que debido a la gran masa, prevalece la fuerza de atracción de algunos, como es el caso de la Tierra. Newton llegó a la siguiente conclusión, conocida como Ley de la gravitación universal:

LA fuerza gravitacional entre dos puntos materiales tiene una intensidad directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Matemáticamente:

Mediante esta ley, podemos determinar la aceleración de la gravedad g en la superficie de la Tierra.

Si G = 6,7. 10^-11 N.m² / kg² (constante de gravitación universal) y considerando:

• F = m. la (segunda ley de Newton)
• a = g (aceleración de la gravedad)
• la masa de la Tierra M = 5,98. 10²⁴ kg
• el radio de la Tierra R = 6,35. 10⁶ metro

Para cualquier cuerpo cerca de la superficie de la Tierra (d = R):

Este es el valor de aceleración de la gravedad, constante, en la superficie de la tierra.

Observamos en la ecuación que este valor de g es independiente de la masa m, ya que es un fuerza de campo, (gravitacional en este caso) depende solo de la masa del cuerpo atrayente y su distancia. Cuanto más lejos del centro de la Tierra, menor es la fuerza de gravedad, tal como ocurre en el campo eléctrico.

LA Energía potencial gravitacional se debe a este campo gravitacional. Como existe una fuerza de atracción, cuando alejamos un objeto de la superficie de la tierra, la tendencia es que el cuerpo vuelva a la superficie. Se necesita una fuerza externa para separar el objeto de la superficie, esta fuerza genera una energía potencial, que se transformará totalmente en trabajo al final de la caída libre, conservando energía.

¡Calculemos esta energía potencial gravitacional ahora!

Suponga un objeto de masa metro ser elevado a una altura H de la superficie, acumulando una energía potencial gravitacional Y_pg. Cómo se transformará totalmente en trabajo τ, para la conservación de energía, podemos escribir:

Sabemos que el trabajo es fuerza por desplazamiento, si ambos están en la misma dirección (fuerza hacia abajo y también desplazamiento, ver figura 2).

Así,

y según la segunda ley de Newton, sabemos

Tomando a = g,

Esta es la ecuación de energía potencial gravitacional, donde g es la aceleración de la gravedad, en la cantidad de 9,8 m / s² en la superficie de la Tierra, y E_pg se expresa en julios (J).

Recuerde que en otro planeta o cualquier otro cuerpo celeste, el valor de g se modifica. En la Luna, por ejemplo, g = 1,62 m / s², y en Marte g = 3,71 m / s². Simplemente use la masa y el radio del cuerpo respectivo en lugar de los valores medidos para el Planeta Tierra en la ecuación (1).