La Fuerza Gravitatoria: Características Esenciales y Energía Potencial Asociada

Propiedades Fundamentales de la Fuerza Gravitatoria

• G es la constante de gravitación universal. Su valor no depende del medio en el que se encuentren las masas. Se trata de una fuerza no apantallable.
• El valor de G representa la fuerza con la que se atraen dos masas de 1 kg al situarlas a una distancia de 1 m una de la otra. Su valor es de 6,67 × 10^-11 N·m²/kg². El valor de esta constante es tan pequeño que, a menos que una de las masas sea muy grande, las fuerzas de atracción son inapreciables.
• El signo negativo de la expresión vectorial indica el carácter atractivo de las fuerzas.
• El vector unitario (u_r) indica que la dirección de la fuerza es la de la recta que une las dos masas; esto es, es una fuerza central.
• Es una fuerza conservativa: el trabajo que realiza no depende de la trayectoria que elijamos, sino de la posición de los puntos inicial y final de dicha trayectoria (todas las fuerzas centrales son conservativas).
• Son fuerzas a distancia; no necesitan un medio material para existir.
• Las fuerzas gravitatorias siempre se presentan a pares. Si un cuerpo m₁ atrae a otro m₂ con una fuerza F, el m₂ atrae al m₁ con una fuerza que es igual en módulo y dirección, pero de sentido contrario. Esto es, son fuerzas de acción y reacción.

Energía Potencial Gravitatoria

• La fuerza gravitatoria es una fuerza conservativa.
• Definimos la energía potencial gravitatoria que tiene un objeto de masa m situado en un punto A como el trabajo que realizaría la fuerza gravitatoria al llevar dicho objeto desde A hasta el nivel cero de energía potencial.
• Elegimos el nivel cero de energía potencial en el infinito: E_p = -G Mm/r.
• El signo negativo nos indica que, dado el carácter atractivo de la interacción gravitatoria de M sobre m, para desplazar una masa m desde el punto A hasta el infinito, hemos de realizar trabajo en contra del campo gravitatorio.
• También se cumple que el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria en un desplazamiento de una partícula entre un punto A y un punto B es igual al decremento de su energía potencial: W_AB = -ΔE_p. Esto es, el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria es a costa de disminuir la energía potencial del cuerpo sobre el que actúa.