Voy a abordar un tema del que he leido algo y me apasiona constantemente que es la
gravedad, algo que podemos apreciar, pero no podemos ver, algo que ha costado siglos casi entender al ser humano, algo que hace funcionar todo; además de lo que he leído, voy a aportar algunas de mis ideas al respecto.Cuando hablamos de gravedad, lo primero que se nos viene a la cabeza es a Newton y su manzana, normal, pero si la anécdota es verdadera o no, ha permitido que cualquier niño que haya ido al colegio haya podido entender que cualquier cuerpo es acelerado en la Tierra constantemente aproximadamente a 9,81 m/s² a nivel del mar.
Esta aceleración con la que cualquier cuerpo, de cualquier masa es atraído hacia al centro por alguna causa «extraña», puede variar por ciertos aspectos:
- Disminuye conforme nos elevamos, cuanto más lejos estemos del centro de la Tierra, menor es esta atracción.
- Aumenta si nos adentramos hacia el núcleo, pero visto así podríamos pensar que iría aumentando hasta que en el centro mismo de esta figura geométrica, fuera máximo, pero aquí nos equivocamos, ya que volvemos a tener una composición de fuerzas donde todas empujan hasta un mismo punto y por tanto deberían anularse todas, por este motivo y debido a la densidad que también es variable, debe haber una capa esférica interior donde la fuerza gravitacional llegue a su máximo y podría ser la superficie del núcleo.
- Varía por la rotación de la Tierra. Esta puede variar en distintos puntos, ya que como la Tierra no es totalmente redonda, su radio es distinto y por tanto la fuerza centrifuga también es distinta(acordaros de la fórmula F=mω²r , masa por la velocidad angular y por el radio), en el Ecuador la fuerza centrifuga es mayor, mientras que los trópicos es menor. Esto último es fácil de entender como una composición de fuerzas, una que empuja hacia el núcleo y otra provocada por intentar escapar hacia el exterior por la rotación, tal y como una atracción de feria nos quiere enviar al pueblo de al lado
- Achatamiento de la tierra en los polos. Los cuerpos se encuentran más cerca del núcleo en los polos y en el Ecuador más lejos.
Además, cada uno de los planetas, tiene su gravedad conforme a su masa, Marte 3.7 m/s² (menos que la Tierra), Júpiter unos 26,4 m/s², esto a nuestros efectos y a primera vista, un ser humano con 80 Kg en la Tierra, pesaría unos 30 Kg en Marte y unos 215 en Júpiter.
Si ampliamos este concepto al sistema solar, el Sol también tiene su gravedad (unos 274 m/s² de aceleración, allí si llegara a posarse, que lo dudo, pesaría unos 2230 Kg!) o tiene esa extraña fuerza que atrae a otros cuerpos, en este caso la Tierra estaría en una situación parecida a la de un satélite en la Tierra, necesitaría velocidad angular suficiente para contrarrestar la otra fuerza mediante una composición de fuerzas y no ser atraído en caída libre como lo pueda hacer yo saltando. Un saltador de longitud, intenta escapar de la atracción de la Tierra aumentando su velocidad, para así aumentar la parábola y caer acabando con su empeño de escapar.
Y si ampliamos esto al centro de la galaxia, nuestra Vía Láctea atrae a todos los sistemas con una atracción bestial, pero por la forma de las galaxias espirales, da a entender que los sistemas externos de los brazos, están escapando por la fuerza centrifuga.
Volviendo a Newton, este obtuvo la fórmula que calcula la fuerza con la que se atraen los astros en base a su masa y distancia y con esta obtuvo la Constante de Gravitación Universal (6.67 10-11), donde la fuerza con la que se atraen dos cuerpos, es igual al producto de sus masas y el cociente de la distancia que los separa al cuadrado multiplicado por esta constante.
Pasemos a otro genio que cambió la física, Einstein y su Teoría de la Relatividad General. La física clásica de Newton dio paso a la física relativista de Einstein.
Einstein, postula que el espacio-tiempo se curva, ¿comorrrr?. ¿que quiere decir esto? Voy a exponer un símil en nuestras tres dimensiones que luego ampliaremos. Supongamos una cama especial de agua sin rozamiento, (vaya pasada!), cama que emula a un plano de 2 dimensiones en un espacio de 3, esta cama de agua está sobre otra cama igual pero de un tamaño gigantesco y esta sobre otra mayor y así hasta una cama infinitamente grande en la que se apoyan las demás.
Vamos a hacerlo al revés de como supuestamente ocurrió al crearse el universo. Marcamos un punto, que será nuestro punto central del nuestro sistema y a partir de este colocamos diez bolas del tamaño de una canica en línea separadas por distintas distancias, una a 50 cm, otra a 60, 65, 80… y después, añadimos una bola de hierro del tamaño de un balón de basket en el centro de nuestro sistema (con cuidado, que es una cama de agua), ¿que ocurre? todas las bolas pequeñas, caerán en picado hacia el centro de la bola de basket de hierro, porque esta ha hundido la cama tanto que ha provocado su caída. La cama es el espacio y la caída de un objeto de gran masa y densidad, curva el espacio haciendo caer los objetos hacia él.
Ahora vamos a poner primero la bola de hierro en la cama. Como nuestra cama no tiene rozamiento, lanzamos una bola pequeña; esta bola lleva una velocidad inicial como consecuencia de la fuerza que le imprimimos al empujarla y como no hay rozamiento, intentará continuar hasta el infinito, pero… nuestra bola de hierro está en el centro y dependiendo de lo cerca de esta que empujemos la bolita, realizará una órbita elíptica alrededor; realizando la misma operación sobre otras bolitas, estaríamos creando un sistema planetario. En el caso de que nuestra cama tuviera rozamiento, llegaría a disminuir su velocidad y caerían al centro estrellándose con la bola de hierro.
Ahora mismo, nosotros podemos apreciar este símil en nuestro sistema solar, donde además de girar todos en un mismo plano (esto es debido a la formación de sistema solar, no de la gravedad) el Sol es la bola de basket de hierro y las bolitas nuestros planetas, de modo que este plano de 2D, que alberga estos objetos 3D en movimiento, quedaría aproximadamente así
Como cada uno de los planetas necesitan una velocidad suficiente para no caer al Sol, cuanto más cerca del Sol esté un planeta, mayor debería ser su velocidad orbital , ¿no? por tanto sus tiempos de traslación y velocidad orbital son:
- Mercurio con una órbita alrededor del sol de 88 días terrestres y una velocidad orbital de 172.400 Km/h,
- Venus con 224 días y 126.100 Km/h. (Curiosidad. La rotación de Venus es de 243 días, por lo que tarda un día (rotación completa) en Venus es mayor que un año (traslación completa)
- La Tierra con 365 días y 107.244 Km/h (no sabías que ibas tan rápido, eh?)
- Marte con 687 días y 86.870 hm/h
- Júpiter con 11,86 años y 47.016Km/h
- Saturno con 29.46 años y 37.705 Km/h
- Urano con 87,01 años y 24.516 Km/h (nuestra estación espacial orbita alrededor de la Tierra a casi 28.000 Km/h, más rápida que Urano y Neptuno)
- Neptuno con 164,8 años y 19.548 Km/h
Con estos datos, vemos que la velocidad orbital necesaria para escapar de la gravedad del Sol, es cada vez menor según nos vamos alejando de este o como nosotros en la Tierra que cada vez que nos alejamos, disminuía la aceleración con la que somos atraídos, ¿que velocidad debería llevar un objeto en la superficie terrestre para no caer en el caso de que no existiera el aire?, (gracias al aire y su rozamiento, hemos creado medios para mantenernos en el aire con menos velocidad), pues una velocidad tal que compensara en la composición de fuerzas con la de la gravedad para no provocar una parábola en caida.
Bien, hasta ahora podemos ver o nos podemos imaginar el plano 2D curvado y visto desde 3D, para observar como nuestros objetos caen, pero digo yo, una bola cae en Suecia y cae con la misma aceleración que una bola en Sudáfrica, por tanto el espacio debe estar curvado en ambos sitios, no solo en el Ecuador. Un objeto situado en el polo del Sol, debe caer hacía su núcleo lo mismo que uno que se encuentra situado en el polo opuesto, entonces ¿cómo podríamos imaginar esa curvatura del espacio?
Volvamos a la física clásica, bueno a la anterior, a los tiempos de Arquímedes de Siracusa el cual mediante su principio decía: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja» En la física clásica, la tercera ley de Newton (principio de acción y reacción) dice que todo cuerpo recibe una fuerza igual a la que imprime, si yo empujo un bloque, el bloque está ejerciendo una fuerza de igual hacia mi, nosotros en la Tierra, empujamos hacia ella con la misma fuerza con la que ella nos empuja.
Teniendo estos dos principios en nuestro haber, pongamos un ejemplo, recipiente hermético lleno de agua en el espacio, sin gravedad, donde interfieran las menos fuerzas posibles e introducimos una bola en su interior, ¿qué ocurrirá? pues que el agua se saldría según Arquímedes desalojando el fluido, pero puestos a imaginar, suponemos que introduciríamos la bola en el agua tan rápido y la taparíamos más rápido todavía que no se perdiera ni una gota de agua, de modo que al cerrar, estaríamos ocupando el mismo espacio y por tanto las moléculas de agua quedarían más unidas, ejerciendo más fuerza sobre la bola, o lo que es lo mismo la bola sobre el agua. Si el recipiente es de 1 Hm³, el agua situada que se encuentra más alejada, debería de hacer menos fuerza sobre la bola, y la que está tocando, sería la que más oprime la bola.
El agua sería el espacio y quedaría curvada en las 3 dimensiones ,de modo que al curvarse, cualquier objeto que esté en la caída del espacio producido por su curvatura, quedaría atrapado por este ya este en un lateral, en un polo o en el contrario. Por este motivo cualquier objeto, indistintamente del plano en el que orbite, como los cometas o Plutón que orbitan en planos distintos, se mueve por su ladera o por su plano.
De hecho, Einstein pensó que si el espacio-tiempo, se curva, la luz también debería hacerlo, hecho que demostró observando la posición de una estrella durante un eclipse de Sol que había variado su posición en ese instante, hecho producido por la curvatura de la luz a su paso por el astro oculto.
Y ¿por qué creo que jamás podremos observar este fenómeno?, pues sencillamente porque somos capaces de observar un plano curvado 2D sobre un espacio 3D, pero jamás podremos visualizar un espacio 3D desde un 4D, podríamos ver una de sus vistas o perspectivas tal y como veríamos una línea recta al observar una moneda en una mesa mirando al ras de esta, o como imaginamos cual sería una proyección de un cubo en 4D (hipercubo en Madrid, monumento a la Constitución de 1978, nunca he entendido que tienen que ver las 4D con la Constitución, pero…) visto desde nuestra perspectiva 3D , en definitiva necesitamos a mi entender una cuarta dimensión o una herramienta que nos proporcione la perspectiva idónea para entender definitivamente la gravedad.
Saludos
En 1977 se comprobó en un satélite estadounidense en el que se colocaron unos relojes atómicos muy exactos; a su regreso se comprobó con otro de similares características que los del satélite se habían retrasado un poco. Esto indica que en el satélite que viaja a más velocidad, el tiempo transcurría más lentamente. Teniendo en cuenta que el tiempo transcurre también más deprisa cuando la fuerza gravitatoria es menor, la compensación de ambos adelantos y retrasos obtenía que en un satélite que va a unos 14000 km/h y orbita a 20.000 km de la tierra, se retrasará unas 39 millonésimas de segundo por día, tiempo inapreciable (depende para que…).
Pues a pesar de las correcciones llevadas a cabo por Julio Cesar, este tenía 11 minutos y 14 segundos de más, por lo que provocó desfases. En el siglo XVI había un desfase de diez días, el 11 de septiembre empezaba el equinoccio autumnal, de modo que el Papa Gregorio XIII en 1582 instauró el calendario gregoriano que entre otras cosas efectuó las siguientes correcciones:
arithmos 