Principios Clave de Gravitación y Electrostática: Newton, Coulomb y Kepler

Ley de Newton de la Gravitación

“Toda partícula material del Universo atrae a cualquier otra partícula material con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”.

Ley de Coulomb

“La fuerza que actúa sobre una carga puntual fija “q” debido a la presencia de otra carga puntual fija “Q” es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, actuando en la línea que une ambas cargas, pudiendo ser repulsiva o atractiva según el signo de las cargas”.

Superficies Equipotenciales

Son superficies donde todos los puntos tienen el mismo potencial de campo.

Características

• Por un punto solo pasa una superficie equipotencial (las líneas de fuerza no se cruzan).
• El trabajo realizado por el campo entre puntos de una superficie equipotencial es nulo.
• Los vectores de intensidad de campo son perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Líneas de Fuerza

Representan el campo de fuerzas, tangentes al vector campo en cada punto. Indican la trayectoria de una partícula en el campo y permiten visualizar su intensidad. El número de líneas de fuerza permite deducir el flujo y calcular el campo de cargas distribuidas.

Velocidad de Escape

Es la velocidad mínima para que un objeto lanzado desde un astro se libere de su atracción gravitatoria.

Trayectorias

• E = 0 (Parábola)
• E < 0 (Elipse)
• E > 0 (Hipérbola)

La energía de enlace de un satélite es su energía mecánica en órbita.

Energía Potencial Gravitatoria

• Disminuye al acercarse dos cuerpos, el trabajo lo realiza la fuerza gravitatoria.
• Aumenta al separar dos masas, mediante una fuerza externa.
• En un sistema de varias partículas, se suman las energías de cada par.
• Cada posición relativa tiene una energía potencial asociada.
• En el infinito, la energía potencial es nula.
• Siempre es negativa.

Leyes de Kepler

Primera Ley

Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, estando este en uno de los focos.

Segunda Ley

El radio vector que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (velocidad areolar constante).

Tercera Ley

El cuadrado del periodo de revolución es proporcional al cubo del semieje mayor de la órbita.

Relación Campo y Potencial

La intensidad de campo (E) es la fuerza por unidad de carga. El campo electrostático es conservativo y tiene un potencial asociado (V). Relación: ΔV = -∫ E · dr.

Consecuencias

• Las líneas de campo son perpendiculares a las superficies equipotenciales.
• El vector E indica la dirección de máxima disminución del potencial.