campos gravitatorios mapa mental

Comprender el tema

Los campos gravitatorios describen la influencia que un cuerpo con masa ejerce sobre otros cuerpos de su entorno. Este mapa mental recoge la ley de gravitación universal de Newton, la intensidad del campo y el potencial gravitatorio, así como la energía potencial, el movimiento de satélites y planetas, y las ideas de Einstein sobre la relatividad general. Es un tema central de física de bachillerato y de primeros cursos universitarios, con aplicaciones como las órbitas, las mareas y la exploración espacial.

Campo y potencial: dos descripciones complementarias
La intensidad del campo gravitatorio, g, es una magnitud vectorial que indica la fuerza por unidad de masa en cada punto; su valor en la superficie terrestre ronda 9,8 N/kg, aunque varía con la altitud y la latitud. El potencial gravitatorio, V, es una magnitud escalar igual al trabajo que hace el campo para llevar una unidad de masa desde el infinito hasta ese punto; por convenio vale cero en el infinito y es negativo en cualquier otro lugar. Trabajar con el potencial simplifica los cálculos porque los escalares se suman sin tener en cuenta direcciones, mientras que el campo requiere sumas vectoriales. La relación entre ambos es que el campo apunta en el sentido en que el potencial decrece más rápidamente.

Órbitas y satélites
Un satélite en órbita circular se mantiene porque la fuerza gravitatoria actúa como fuerza centrípeta, de modo que su velocidad orbital es v = √(G·M/r): cuanto mayor es la distancia al centro, menor es la velocidad necesaria. La tercera ley de Kepler, T² ∝ r³, se deduce de esta relación y se cumple para cualquier planeta o satélite que orbite un mismo cuerpo central. Los satélites geoestacionarios, situados a unos 36 000 km de altura sobre el ecuador, tardan un día sideral en dar una vuelta y parecen fijos en el cielo, lo que resulta útil para telecomunicaciones. Para escapar de la atracción gravitatoria sin propulsión adicional, un cuerpo necesita alcanzar la velocidad de escape, que en la Tierra es de unos 11,2 km/s.

Variaciones de g y aplicaciones prácticas
El valor de g no es idéntico en toda la Tierra: disminuye con la altitud porque la distancia al centro aumenta, y es algo mayor en los polos que en el ecuador debido al achatamiento del planeta y a la fuerza centrífuga de la rotación terrestre. En el interior de una esfera de densidad uniforme, el campo crece linealmente con la distancia al centro y se anula en el centro. Estas variaciones, aunque pequeñas, se aprovechan en la gravimetría para detectar diferencias de densidad del subsuelo, útiles en prospección geológica. En el estudio de planetas y estrellas, el análisis del campo gravitatorio permite estimar su masa a partir del movimiento de sus satélites naturales o naves de exploración.