Campo gravitatorio: fuerza, intensidad de campo y potencial

La Fuerza Gravitatoria: Conceptos Fundamentales

En la expresión de la fuerza gravitatoria, u_r es el vector unitario en dirección radial que sale de la masa creadora de campo. El módulo de la fuerza de atracción es GMm/r². El signo menos indica que el sentido de la fuerza es contrario al del vector unitario u_r, es decir, es una fuerza dirigida hacia el centro de la masa que crea el campo, M.

Características de las Fuerzas Gravitatorias

Estas fuerzas son de acción y reacción, pues si la masa M ejerce una fuerza sobre la masa m, esta segunda también ejerce una fuerza sobre M.

Las fuerzas gravitatorias son extremadamente pequeñas, pues la constante universal G que aparece en la expresión es del orden de 10^-11 N·m²/kg². A no ser que una de las masas sea muy grande, estas fuerzas son despreciables frente a otras fuerzas a distancia (eléctricas o magnéticas, por ejemplo).

Intensidad de Campo Gravitatorio

Se define una magnitud denominada intensidad de campo gravitatorio (g), que permite conocer la fuerza con la que una masa generadora de un campo gravitatorio atrae a un kilogramo de masa situado en un punto cualquiera a su alrededor. Su unidad es el N/kg y se expresa como:

g = -GM/r² u_r

Esta expresión describe el campo creado por una masa puntual o por una masa esférica en la que se considera que toda su masa se encuentra en el centro. La distancia r que figura en las expresiones siempre considera la que separa los centros de las masas que interaccionan en el caso de la fuerza, y la distancia desde cualquier punto hasta el centro de la masa generadora de campo en el caso de la intensidad de campo.

Potencial Gravitatorio y Magnitudes del Campo

En cualquier punto que se encuentre en el campo gravitatorio generado por una masa, existen dos magnitudes, una escalar y otra vectorial, que dependen únicamente de la posición con respecto al centro de la masa M. Estas son el Potencial Gravitatorio y la Intensidad de campo gravitatorio.

Aplicación al Campo Gravitatorio Terrestre

Para el caso del campo gravitatorio terrestre, podemos calcular la intensidad de campo de un punto situado alrededor de la Tierra (lo que nos da una idea de cómo disminuye el valor de g), así como el Potencial gravitatorio terrestre (que nos dará una idea de la energía potencial que poseería un kilogramo de masa colocado en ese punto):

V = -GM/r

Las líneas de fuerza creadas por el campo gravitatorio terrestre son líneas radiales, dirigidas hacia el centro de la Tierra. El campo gravitatorio es siempre un campo atractivo: las masas atraen a otras masas.