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La gravedad es una fuerza de atracción que aparece entre dos cuerpos con masa, más fuerte cuanto mayor es la cantidad de masa. Es un fenómeno natural considerado como una de las cuatro interacciones fundamentales de la materia junto al electromagnetismo y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil.

La gravedad, también llamada gravitación o interacción gravitatoria, no es una interacción muy intensa. De hecho, es la interacción fundamental más débil de todas (1036 más débil que la interacción nuclear fuerte y 1029 más débil que la interacción nuclear débil). Para ser experimentada por los sentidos humanos se requieren objetos muy masivos, como planetas, estrellas y galaxias, pero es prácticamente irrelevante a nivel subatómico.

La fuerza de la gravedad que ejerce un objeto depende sobre todo, como se ha mencionado, de su masa, pero también de la distancia, cuanto más lejos se sitúan dos objetos, menos se ven afectados por la gravedad de cada uno.

Según la explicación de Einstein para el fenómeno de la gravedad, la fuerza de atracción se puede entender como una deformación del tejido espacio-tiempo que produce la presencia de la masa del objeto. Esta deformación crea un campo gravitatorio alrededor del objeto cuya intensidad es proporcional a la masa del objeto pero disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia.

Gravedad como deformación del espacio
Gravedad como efecto de la deformación del espacio que producen los objetos masivos

Un objeto pequeño con poca masa que entre dentro del campo gravitatorio de un objeto de masa comparativamente muy superior, sufrirá una aceleración que le acerca al objeto masivo cada vez más rápido. Esta aceleración en las cercanías de la superficie del planeta Tierra es aproximadamente igual a 9.8 m/s2, lo que quiere decir que un objeto en caída libre experimentaría un aumento de velocidad de 9.8 m/s cada segundo en dirección al centro del planeta.

Intensidad del campo gravitatorio terrestre

La intensidad de un campo gravitatorio se representa con la letra g y se mide, en el Sistema Internacional, en N/kg (newtons por kilogramo), unidades que expresan la fuerza de atracción que ejerce un objeto por kilogramo de masa. También se expresa de forma equivalente como aceleración en m/s2.

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En un planeta esférico, la intensidad del campo gravitatorio en su superficie se puede calcular con la siguiente fórmula:

Fórmula de la gravedad en un planeta esférico

Dónde:

  • gsup es la gravedad en superficie.
  • G es la constante de gravitación universal (6.674×10-11 N·m2/kg2).
  • R es el radio del planeta.
  • ur es un vector unitario (valor 1) con dirección al centro del planeta.

También se puede obtener mediante el cociente del peso de un objeto en la superficie planetaria entre su masa:

gravedad como peso entre la masa

La intensidad media del campo gravitatorio terrestre en la superficie del planeta, conocida como gravedad estándar es de 1 N/kg (a veces representado como 1 g), equivalente a una aceleración de 9.80665 m/s2.

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Variaciones en la gravedad terrestre

La intensidad del campo gravitatorio terrestre no es homogénea en toda su superficie. Esto se debe a varios factores, entre ellos:

  • Latitud: la gravedad se ve afectada por la rotación del planeta sobre sí mismo y la forma no perfectamente esférica del plantea (achatado en los polos).
  • Altitud y profundidad: la superficie terrestre es irregular presentando zonas más alejadas del centro terrestre (montañas) y zonas más cercanas.
  • Densidad: la densidad del planeta no es homogénea.

La latitud es uno de los factores más importantes en los cambios de intensidad del campo gravitatorio en la superficie terrestre. Debido a la rotación del planeta sobre sí mismo, los objetos sufren una fuerza centrífuga hacia el exterior, contraria a la gravedad cuya dirección es hacia el centro de la Tierra. La fuerza centrífuga es más intensa en el ecuador y disminuye a medida que nos acercamos a los polos donde se sitúa el eje de rotación. En consecuencia, la gravedad en el ecuador es menor al ser contrarrestada por la mayor fuerza centrífuga.

Deformación espacio-tiempo Tierra
Efecto de la rotación en la gravedad

La menor intensidad del campo gravitatorio en el ecuador también se debe a que la gravedad disminuye con la distancia y el planeta no es una esfera perfecta, está achatado en los polos, por lo cual los objetos en los polos están más cerca del centro terrestre y más alejados si se sitúan en el ecuador.

Sumando el efecto de la rotación y de la forma del planeta puede haber una diferencia del 5% entre la gravedad en los polos (aproximadamente 9.832 m/s²) y la gravedad en el ecuador (9.789 m/s²).

La gravedad también disminuye con la altitud y aumenta con la profundidad. En este sentido, la topografía y geología de la zona influye al medir la gravedad local. Por ejemplo, la presencia de montañas o de una composición con rocas de mayor o menor densidad son factores responsables de cambios en la intensidad gravitatoria entre zonas situadas a una misma latitud.

Modelo geodésico gravedad GRACE
Modelo geodésico según registros de gravedad por GRACE Tellus (NASA)

En la superficie del núcleo terrestre la intensidad del campo gravitatorio aumenta hasta 10.7 m/s2. Si nos situáramos justo en el centro terrestre, la gravedad sería nula, pues la intensidad del campo gravitatorio es una magnitud vectorial y en el centro de la esfera se anularían todos los vectores.

Referencias

  1. Christian Hirt et al. (Agosto 2013). New ultrahigh-resolution picture of Earth’s gravity field. Geophysical Research Letters, 40(16):4279-4283. doi: 10.1002/grl.50838.
  2. I feel lighter when up a mountain but am I?. National Physical Laboratory FAQ.

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