Constante de gravitación universal para niños
La constante de gravitación universal (conocida como G) es un número muy importante en la física. Nos ayuda a entender qué tan fuerte es la fuerza de atracción entre los objetos, es decir, la gravedad. Se usa en las leyes de la gravedad que propusieron científicos famosos como Isaac Newton y Albert Einstein.
La primera vez que se midió el valor de G fue en 1798, gracias a Henry Cavendish. Desde entonces, otros científicos han repetido la medición para hacerla más precisa.
Aunque G fue una de las primeras constantes físicas que se descubrieron, es muy difícil de medir con exactitud. Esto se debe a que la fuerza de gravedad es extremadamente débil entre objetos pequeños. Por eso, su valor no se conoce con tanta precisión como otras constantes.
Su valor aproximado es:
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): G = 6.67430(15)\times 10^{-11} \; \cfrac{\text{N}\,\text{m}^2}{\text{kg}^2}
Esto significa que es un número muy, muy pequeño.
Contenido
¿Qué es la Constante de Gravitación Universal?
La Ley de Gravitación de Newton
Isaac Newton explicó cómo funciona la gravedad con su ley de gravitación universal. Esta ley dice que dos objetos se atraen entre sí con una fuerza que depende de dos cosas:
- De la masa de cada objeto: Cuanto más grandes sean los objetos, más fuerte será la atracción.
- De la distancia entre ellos: Cuanto más lejos estén, más débil será la atracción. La fuerza disminuye rápidamente a medida que la distancia aumenta.
La fórmula de Newton para esta fuerza es:
Aquí, F es la fuerza de gravedad, m1 y m2 son las masas de los dos objetos, r es la distancia entre ellos, y G es nuestra constante de gravitación universal.
El valor de G es muy pequeño porque la gravedad es una fuerza débil comparada con otras fuerzas de la naturaleza. Por ejemplo, un imán pequeño puede levantar un clip de metal, venciendo la gravedad de toda la Tierra.
¿Por qué es difícil medir G?
Medir G con mucha precisión es un gran desafío. Esto se debe a que la fuerza de gravedad entre objetos que podemos manejar en un laboratorio es muy, muy pequeña. Cualquier pequeña vibración o la atracción de otros objetos cercanos (como edificios o personas) puede afectar la medición. Por eso, G es una de las constantes físicas que conocemos con menos exactitud.
G no es lo mismo que g
Es importante no confundir G (la constante de gravitación universal) con g (la aceleración de la gravedad).
- G es un valor fijo que se usa en todo el universo para calcular la fuerza de gravedad entre cualquier par de objetos.
- g es la aceleración que experimentan los objetos debido a la gravedad de un planeta o cuerpo celeste específico. Por ejemplo, en la superficie de la Tierra, el valor de g es de aproximadamente 9.8 metros por segundo al cuadrado (m/s²). Esto significa que los objetos caen cada vez más rápido a esa velocidad.
La Constante en la Teoría de Einstein
La constante G también es fundamental en la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Esta teoría describe la gravedad de una manera diferente a la de Newton, explicando cómo la masa y la energía curvan el espacio y el tiempo, y cómo esa curvatura es lo que percibimos como gravedad. G es una parte clave de las ecuaciones de Einstein que describen esta curvatura.
Historia de la Medición de G
Primeros Intentos de Medición
La idea de que existía una constante para la gravedad ya estaba presente en la ley de Newton en el siglo XVII. Sin embargo, Newton no calculó su valor exacto. Él pensó que medir la gravedad de una colina grande sería muy difícil, pero estimó que la densidad promedio de la Tierra podría ser unas cinco o seis veces la del agua. Esta estimación ya daba una idea del valor de G.
En 1738, científicos como Pierre Bouguer y Charles Marie de La Condamine intentaron medir la gravedad en una expedición a Perú. Más tarde, en 1776, se realizó el experimento de Schiehallion en una montaña de Escocia. Este fue el primer intento exitoso de calcular la densidad promedio de la Tierra, lo que indirectamente ayudó a estimar el valor de G.
El Experimento de Cavendish
La primera vez que se midió directamente la atracción gravitatoria entre dos objetos en un laboratorio fue en 1798, por Henry Cavendish. Él usó un aparato llamado balanza de torsión, que había sido inventado por John Michell.
El objetivo principal de Cavendish no era medir G directamente, sino "pesar la Tierra", es decir, calcular su densidad promedio y su masa. Su experimento fue muy preciso para su época y su resultado para la densidad de la Tierra fue muy cercano al valor actual. A partir de ese resultado, se pudo calcular el valor de G.
Mejoras en el Siglo XIX
A lo largo del siglo XIX, la precisión de las mediciones de G mejoró poco a poco. La gravedad es tan débil que es muy difícil aislar el experimento de otras influencias. Muchos científicos repitieron el experimento de Cavendish y realizaron otros con péndulos para obtener valores más exactos.
A finales del siglo XIX, científicos como John Henry Poynting, C. V. Boys y Carl Braun lograron mediciones más precisas. La forma moderna de escribir la constante como "G" fue introducida por Boys en 1894.
El Valor Moderno de G
Desde la década de 1950, se han realizado muchas mediciones de alta precisión de G. Sin embargo, los resultados a veces han sido un poco diferentes entre sí. Esto ha hecho que sea un desafío establecer un valor estándar con una incertidumbre muy baja.
El National Institute of Standards and Technology (NIST) de Estados Unidos ha publicado valores recomendados para G a lo largo de los años, ajustando la incertidumbre a medida que se obtienen nuevas mediciones.
| Año | G (10−11·m3⋅kg−1⋅s−2) |
Incertidumbre estándar | Ref. |
|---|---|---|---|
| 1969 | 6.6732(31) | 460 ppm | |
| 1973 | 6.6720(49) | 730 ppm | |
| 1986 | 6.67449(81) | 120 ppm | |
| 1998 | 6.673(10) | 1.500 ppm | |
| 2002 | 6.6742(10) | 150 ppm | |
| 2006 | 6.67428(67) | 100 ppm | |
| 2010 | 6.67384(80) | 120 ppm | |
| 2014 | 6.67408(31) | 46 ppm | |
| 2018 | 6.67430(15) | 22 ppm |
En 2018, un grupo de científicos chinos anunció nuevas mediciones que se consideran las más precisas hasta la fecha. Sin embargo, incluso con estas mediciones, todavía hay pequeñas diferencias entre los resultados, lo que muestra lo difícil que es obtener un valor perfecto para G.
Galería de imágenes
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La ley de gravitación universal de Newton explica la atracción entre dos masas.
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Diagrama de la balanza de torsión usada por Henry Cavendish en 1798.
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Cronología de las mediciones y los valores recomendados para G desde 1900.
Véase también
En inglés: Gravitational constant Facts for Kids
