CONCEPTO DE CAMPO GRAVITATORIO

 

El concepto newtoniano de fuerza encuentra dificultad para interpretar las fuerzas ejercidas a distancia. Podemos expresar esta dificultad mediante las siguientes preguntas: ¿Cómo es posible que se ejerzan fuerzas dos objetos (por ejemplo, dos cuerpos celestes), sin haber nada entre ellos? ¿Cuál puede ser el mecanismo de la interacción?

 

 

En relación con estas cuestiones, dos siglos después de que Newton enunciara la ley de gravitación universal, se elaboró el concepto de campo, que rivalizó con la noción tradicional de fuerza y empezó a desplazarla. Lo introdujo Faraday (1791-1867) para interpretar las leyes que rigen las acciones entre cargas, corrientes eléctricas, e imanes, y pronto se mostró como uno de los conceptos más fructíferos de la física.
 

Por definición, el campo gravitatorio (Eg) que produce un cuerpo en un punto cualquiera es igual al cociente entre la fuerza de atracción gravitatoria que dicho cuerpo ejerce sobre una masa testigo o masa de prueba colocada ahí y el valor de dicha masa de prueba.
 

 

Para desarrollar de forma operativa esta definición a la izquierda se ha representado la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un cuerpo celeste sobre un objeto de prueba. El módulo de dicha fuerza se calcula con la ley de gravitación universal:

 

 

Donde M es la masa del cuerpo celeste que produce el campo, m es la masa del cuerpo de prueba y r es la distancia entre los dos objetos (medida de centro a centro)
 

Por tanto, el módulo del campo gravitatorio que produce el cuerpo de masa M en el punto donde se colocó la masa testigo es:
 

 

Esta expresión dice que el valor del campo gravitatorio no depende de la masa testigo que se coloque en el punto (m), y sí de la masa (M) del cuerpo celeste que crea dicho campo y de la distancia (r) entre el punto y el centro de masas de dicho cuerpo celeste.
 

Así se sustituye una interpretación del fenómeno en función de la interacción gravitatoria entre dos cuerpos, por otra que atribuye el mecanismo de la interacción al campo creado por uno de ellos: El cuerpo celeste (de masa M) perturba el espacio, creando un campo gravitatorio, Eg, y, al colocar en cualquier punto del espacio perturbado otro cuerpo (de masa m), se ejerce sobre él una fuerza proporcional a su masa y al campo: Fg = m·Eg

  

 

El cálculo del campo gravitatorio aporta un punto de partida útil para el estudio de movimientos de objetos en el Cosmos. Si se conoce el valor y la dirección del campo gravitatorio en un punto, se conocen automáticamente los de la fuerza que se ejerce ahí sobre cualquier objeto de masa, m (Fg = m· Eg), lo que permite escribir la ecuación de su movimiento, y, resolviéndola, prever su trayectoria.

 

 

Es interesante el resultado obtenido cuando se aplican estos conceptos al estudio del movimiento de un cuerpo que se abandona en un lugar equidistante de un sistema estelar binario. Si las masas de las dos estrellas que componen dicho sistema son iguales, la fuerza neta ejercida sobre el cuerpo de prueba a lo largo la mediatriz del segmento que une a las estrellas, se dirige siempre hacia el punto central entre ambas. Como consecuencia de ello, el cuerpo realiza un movimiento de oscilación alrededor de esa posición, como una especie de "yoyó gravitatorio".

La animación Modellus adjunta muestra esta situación.

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