Locos por la Geología

Ya he presentado algunas de las leyes más básicas que fundamentan la investigación geológica, y hoy sumo a ellas la que tal vez más se aplica para alcanzar una mejor comprensión de numerosos fenómenos, sean ellos geológicos o no.

En efecto, muchos procesos, desde el ámbito astronómico hasta el de la vida cotidiana- como la caída que elegí para ilustrar el post- se pueden explicar a través de la Ley de la Gravitación Universal.

¿Quién estableció esta ley, y cuándo y dónde la publicó?

La expresión matemática de esta ley fue elaborada por Sir Isaac Newton, (1643-1727), considerado como uno de los científicos más influyentes en la historia.
Fue publicada por primera vez en su texto Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, y significó en buena medida el establecimiento de las bases de la mecánica clásica, y un vigoroso impulso para el paradigma heliocéntrico que llegaría a desterrar el geocentrismo ptolemaico.

¿Qué dice esta ley?

Esta ley dice que existe una fuerza de atracción (física pura, nada metafísico ni espiritual, ni de sex appeal ni nada metafórico) que se ejerce entre todos los cuerpos materiales, independientemente de su tamaño, densidad o composición.

Así, pues, puede afirmarse que un asteroide es atraído por una pulga, tanto como un planeta lo es por el sol, o una tostada con manteca resulta atraída por un elefante asiático. Estos burdos ejemplos pretenden demostrar precisamente la universalidad del fenómeno.

Es decir que mal que nos pese, hasta ese tipo tan repugnante al que le daríamos una patada en el traste con total convicción (algún político por ejemplo), ejerce con su masa física una atracción ineludible sobre nuestra propia masa física. La buena noticia es que esa fuerza atractiva resulta despreciable (matemáticamente también 😀 ) cuando se la compara con la enorme fuerza de atracción de la Tierra que nos permite por eso no volar unos hacia otros generando un pegote de cuerpos adheridos entre sí.

Vale decir que comparativamente es tanta la fuerza que nos atrae hacia el centro de la Tierra, que debemos ejercer un trabajo volitivo y físico para acercarnos a cualquier otra cosa cuya atracción es menor, pero nunca inexistente, se trate del cuerpo que se trate.

¿Cuál es la expresión matemática de la Ley de la Gravedad?

La expresión matemática es:
F= G m.m’
        r²

Donde:

F= fuerza de atracción de la Gravedad. Ya dijimos que esta fuerza se ejerce entre todos los cuerpos materiales del universo.
G= es un valor constante, cuyo cálculo será presentado, apenas, el próximo lunes en la segunda parte de este post, pero explicaré en detalle en otro post un poco más adelante, porque es un experimento muy interesante, que habla del ingenio humano y de cómo todo es posible si se usa el cerebro para algo más que rellenar el cráneo.
m y m’= son las dos masas involucradas en este fenómeno de atracción. Como aparecen como producto en el numerador, podemos deducir fácilmente que la atracción será mayor cuanto mayor sea el tamaño de esas masas, y/o de su producto.
r = es la distancia que separa a las masas en cuestión; y por aparecer en el denominador se entiende que cuanto mayor sea dicha distancia, menor será la atracción resultante. Además el valor de r está elevado al cuadrado y ese exponente cuadrático indica el ritmo de disminución de la atracción, ya que para un pequeño incremento en la distancia, el descenso de la fuerza atractiva será tanto como su cuadrado.

Traducido a más fácil todavía: si la distancia es de 2 unidades, la fuerza disminuye en 4 unidades (porque el cuadrado de dos es cuatro, simplemente).

Este pequeño ejemplo les servirá de paso para entender de qué manera se interpretan las fórmulas matemáticas. No se trata de aprender una secuencia de un montón de símbolos, sino de recordar qué fenómeno describen.

¿Por qué la fuerza gravitatoria se confundió inicialmente con la atracción magnética y cómo se distingue de ella?

En la historia del desarrollo de la Física reinó al comienzo una considerable confusión entre la gravedad y el magnetismo, porque la manifestación más obvia de este último fenómeno era también una atracción entre distintos cuerpos, y porque además la formulación matemática para el valor del campo magnético tiene una forma semejante a la de la fuerza gravitatoria que les acabo de explicar. Efectivamente, la atracción aumenta con el producto de la masa de los cuerpos y disminuye con el cuadrado de sus distancias, pero…

…pero al final nada que ver 😀 o casi nada que ver.

Mientras que la gravedad se ejerce entre todos los cuerpos que tienen masa, el magnetismo requiere ciertas condiciones, ya que hay sustancias que responden a un campo magnético y otras que no lo hacen o lo hacen muy débilmente. Y si no lo creen, prueben de levantar un oso de peluche con un imán. No pasa nada. Pero suelten el oso, y se irá al suelo, porque la gravedad actúa sobre él de todas maneras.

Por otra parte la fuerza de gravedad siempre es atractiva (hasta para estudiarla), mientras que el magnetismo puede ejercer repulsión entre polos del mismo signo, y sólo los opuestos se atraen entre sí. Hay muchas metáforas en el campo de la atracción romántica, pero es mejor que lo dejemos ahí…

¿Qué fenómenos astronómicos explica la Ley de la Gravedad?

Desde la distribución de los planetas en el Sistema Solar (se viene un post sobre eso muy prontito), hasta las órbitas que describen los cometas, el bombardeo meteorítico, y la conducta de los agujeros negros. Si me dan tiempo, iremos hablando de todo eso en el blog.

¿En qué fenómenos geológicos se expresa la Ley de la Gravedad?

En los fenómenos de remoción en masa, algunos de los cuales ya he explicado antes; en la producción de las mareas, y sobre todo en un enorme y fabuloso proceso que se denomina isostasia y que tiene que ver con los ascensos y descensos de grandes masas continentales y en la generación de cordilleras enteras. Pero también es responsable del flujo de los ríos, y de la depositación de materiales en las cuencas de sedimentación.

¿Cuál ha sido históricamente su utilización más significativa?

En realidad no una, sino dos, por lo menos:

Primero se la usó para «pesar» la Tierra, por decirlo de algún modo, ya que la fórmula matemática permitió establecer su densidad y valiéndose de ese dato, se pudieron establecer las grandes dimensiones de la Tierra, tales como masa, forma real, volumen, etc.

Y luego, fue a partir del conocimiento de la Ley de la Gravedad que se reconoció la Isostasia, y se comprendió su funcionamiento.

Hasta aquí tenemos ya un post bastante extenso, de modo que el lunes próximo, en la Parte 2, responderé a las siguientes preguntas que quedan pendientes:

¿Cómo se calculó inicialmente la Constante Universal de la Gravedad, y cuánto vale?

¿Por qué se habla de un valor constante por un lado, y por el otro se dice que la gravedad en otros planetas es mucho mayor o mucho menor que en la Tierra?

¿Cuánto vale la aceleración de la gravedad promedio en la Tierra?

¿La aceleración de la gravedad es absolutamente invariable en el mismo cuerpo planetario?

¿Qué utilidad tiene esa característica?

Este post lo he construido sobre la base de un apunte de mi propia autoría que se identifica como sigue:

Argüello, Graciela L. 2006. «La Tierra como planeta integrante del Sistema Solar» Cuadernillo didáctico Nº II, Capítulo 1. Para circulación interna en la U.N.R.C. Versión totalmente actualizada.17 páginas.

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La imagen que ilustra el post la he tomado de una página (española) web de humor.