Física Fundamental: Fuerzas, Campos y Dinámica Orbital
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Fuerzas y Campos de Fuerza
Las fuerzas son interacciones que pueden cambiar el estado de movimiento de un cuerpo o deformarlo. Se clasifican en:
- Fuerzas Conservativas: Aquellas para las cuales el trabajo realizado al mover una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria seguida. Ejemplos incluyen la fuerza gravitatoria, la fuerza eléctrica y la fuerza elástica. Si solo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánica (Em) del sistema se conserva.
- Fuerzas por Contacto: Se producen cuando los cuerpos interaccionan a través de un vínculo o conexión material. Ejemplos: tracción y rozamiento (fricción).
- Fuerzas a Distancia: No necesitan conexión material y pueden actuar en el vacío. Ejemplos: gravedad, fuerza electromagnética, interacción fuerte y débil.
Campos de Fuerza
Un campo de fuerza es la perturbación que produce la presencia de un cuerpo en el espacio circundante debido a su masa, carga eléctrica u otra propiedad capaz de originar interacciones a distancia. Estos campos pueden ser escalares o vectoriales.
Campo Gravitatorio y Ley de Gravitación Universal
Campo Gravitatorio (g)
El campo gravitatorio (g) es la fuerza gravitatoria que se ejerce por unidad de masa sobre un cuerpo situado en un punto determinado del campo.
Ley de Gravitación Universal de Newton
La Ley de Gravitación Universal de Newton establece que dos partículas materiales se atraen mutuamente con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Propiedades del Campo Gravitatorio
Intensidad de Campo
La intensidad de campo se refiere a la capacidad de un cuerpo para atraer a otro por el simple hecho de tener masa. Esta capacidad disminuye con la distancia.
Principio de Superposición
El Principio de Superposición establece que el campo gravitatorio resultante en un punto es igual a la suma vectorial de los campos gravitatorios generados por cada una de las masas presentes en ese punto.
Líneas de Fuerza
Las líneas de fuerza son representaciones imaginarias del campo. Aunque Faraday creía en su existencia física, las concebía como líneas que atraviesan el espacio desde las fuentes del campo, siendo tangentes al campo gravitatorio en cada punto. En el caso de una masa puntual, son radiales y convergen hacia el centro de la masa.
Dinámica de Satélites y Fenómenos Asociados
Energía Mecánica de un Satélite
La energía mecánica de un satélite en órbita es la suma de su energía cinética y su energía potencial gravitatoria. A menudo, se refiere a la energía mínima que se debe aportar a un satélite artificial para ponerlo en una órbita circular, calculada como la diferencia de su energía mecánica en la órbita definitiva y en la superficie del planeta.
Velocidad Orbital
La velocidad orbital es la velocidad que lleva un cuerpo cuando se encuentra en estado de orbitación alrededor de otro cuerpo celeste.
Velocidad de Escape
La velocidad de escape es la velocidad mínima a la que habría que lanzar un cuerpo desde la superficie de un planeta para que este escape de su atracción gravitatoria y no regrese.
Ingravidez
La sensación de ingravidez se produce en un cuerpo cuando no hay otro cuerpo que lo sostenga o cuando la fuerza de soporte es nula. En el caso de los astronautas en un satélite, esta sensación se debe a que el satélite y todo lo que contiene están en un estado de caída libre circular constante alrededor del planeta.