- “Frase del guión”

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Frase: “Frase específica consultada para construir la línea del guión (si corresponde).”

Nota: En este episodio tratamos al fenómeno de la gravedad desde una perspectiva clásica (“newtoniana”), sin considerar los enfoques relativistas (tomando en cuenta la teoría de la relatividad general) o cuánticos (cómo actúa la gravedad en escalas atómicas)...

• “Estamos en lo que los científicos denominan: micro-gravedad.”

En la superficie de la Tierra estamos afectados por la fuerza de gravedad que produce una aceleración g con un valor de 9.8 m/s². Este valor cambia mientras más nos alejamos del planeta, porque la fuerza de gravedad depende de la distancia que hay entre las masas que ejercen la fuerza (en nuestro caso, las masas en juego somos nosotros y la masa de la Tierra). Las personas que están en estaciones espaciales y regularmente aparecen en videos “flotando” no están en gravedad-cero, sino en micro-gravedad: la gravedad no es completamente cero, sino aproximadamente diez veces menor (g_micro = 0.9 m/s²).

Además de la distancia, es posible simular una microgravedad con una aceleración contraria a la que produce la Tierra sobre nosotros. En caída libre, la aceleración del avión que cae permite contrarrestar la aceleración g y dar la sensación de flotar.

Como todos los cuerpos que tienen masa producen una fuerza de gravedad, el Sol también tiene una aceleración de gravedad asociada. Al ser la masa del Sol mucho mayor que la de la Tierra y nosotros tener una masa baja comparada con la masa de nuestro planeta; nosotros sentimos la misma fuerza que la que siente nuestro planeta hacia el Sol, moviéndonos como un único sistema. Tendríamos que alejarnos cientos de millones de kilómetros de la Tierra - algo así como duplicar la distancia Tierra-Sol -para que la aceleración de gravedad producida por el Sol disminuya al 10%.

# Micro-g environment - Wikipedia (2023)

https://en.wikipedia.org/wiki/Micro-g_environment

• “En la física existen interacciones fundamentales que definen la manera en que las cosas se relacionan con el universo, y una de ellas es la gravedad. Que lo domina todo.”

Las interacciones fundamentales son un concepto de la física y son parte de lo que conocemos como Modelo Estándar de la física de partículas. Este modelo busca describir cómo las partículas se relacionan unas con otras. Por ejemplo, de qué manera una partícula hace notar su presencia a otra.

Hay tres interacciones fundamentales o fuerzas muy importantes a escalas pequeñas (átomos o dentro de núcleos atómicos) y una a escalas mucho mayores (donde las tres fuerzas anteriores dejan de ser importantes). Las tres fuerzas a pequeña escala son:

1. (1) Fuerza nuclear fuerte: Es relevante a escalas del núcleo atómico, permite unir quarks para formar hadrones (como neutrones o protones, entre otros ejemplos de partículas) y opera por medio de una partícula llamada gluón.
2. (2) Fuerza nuclear débil: Explica los decaimientos de los quarks (un tipo de partícula fundamental) y la emisión de un electrón, conocido como decaimiento beta. En este decaimiento hay un cambio de masa en energía (temperatura o velocidad). Las partículas mediadoras se llaman bosones W y Z.
3. (3) Interacción electromagnética: Las partículas con carga eléctrica cuando están en movimiento tienen asociado un campo electromagnético. La partícula que tiene el rol de mediadora son los fotones: la luz es el ejemplo más habitual de interacción electromagnética (otros ejemplos son la radiación UV, infrarrojas y radio…¡pero la onda que llega a la antena, no la que escuchamos desde el parlante!).

Y la fuerza a gran escala, es la interacción gravitatoria. La partícula que se propone como mediadora se llama gravitón, aunque aún no ha sido detectada. Para que esta interacción ocurra, las partículas o grupos de partículas (i.e. objetos) deben tener masa.

# Interacciones Fundamentales - Wikipedia (2023)

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacciones_fundamentales

• “La gravedad controla todo a gran escala, desde nosotros mismos hasta los planetas y estrellas.”
• “La fuerza que hace caer a las manzanas, las papayas o mandarinas, es la misma que genera el movimiento de Marte en torno al Sol, la forma de las galaxias, o los movimientos de los satélites alrededor de nuestro planeta.”

De las cuatro interacciones fundamentales dos tienen acción a cortísima distancia (interiores atómicos, principalmente) y las otras dos -electromagnética y gravitatoria- tienen una relación con la distancia (r) dada por 1/r². En la naturaleza los objetos tienden a ser  neutros (tienen la misma carga positiva y negativa, haciendo nula la interacción electromagnética), mientras que la masa de los objetos -que es siempre positiva- toma un rol protagónico al manifestar la presencia de ellos en el espacio. Al no existir otras fuerzas relevantes y tener objetos con valores altos de masa (como las estrellas o las galaxias), la fuerza de gravedad regula las interacciones a grandes escalas.

Una nota adicional: la interacción gravitatoria es más débil que la electromagnética. Un ejemplo de la vida diaria es una gota de agua que se sostiene en la punta de mi dedo. La fuerza de gravedad de todo el planeta Tierra no basta para separar a la gota del dedo, sostenida solo por la fuerza electrostática (un caso particular de fuerza electromagnética).

Imagen de dominio público. Fuente: Christopher S. Baird

 #Why is Gravity the Strongest Force? - Science Questions with Surprising Answers (2023)

https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/05/22/why-is-gravity-the-strongest-force/

• “Así es, mi curioso amigo. Pero tiene un límite. Mientras más lejos están las cosas, menos fuerza se siente.”
• “Y, además de la distancia, importa la masa de las cosas o más simple, la cantidad de materia que tienen. En la micro siempre estuvimos bajo la influencia de la Tierra. Ella es la responsable de la fuerza de gravedad que sentimos día a día y nos mantiene con los pies -adivina donde, Levitador- en la Tierra.”

La fuerza asociada a la interacción gravitacional tiene como fórmula:

F = G⋅M₁M₂ / r²

En la parte de arriba de la ecuación (numerador) se encuentran las masas: si aumentamos las masas M₁ y M₂, la fuerza crece de forma directa. En la parte de abajo de la ecuación, en el denominador, está la distancia r a la cual están separadas las dos masas, elevada al cuadrado: en este caso al aumentar la distancia la fuerza disminuye pero no de forma lineal, sino cuadrática (el doble de distancia lleva a una fuerza cuatro veces menor). G es una constante numérica llamada “constante de gravitación universal”.

# Ley de Gravitación Universal - Wikipedia (2023)

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_gravitaci%C3%B3n_universal

# Constante de Gravitación Universal - Wikipedia (2023)

https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_gravitaci%C3%B3n_universal

Lectura complementaria:

# Why Gravity is Not Like the Other Forces - Quanta Magazine (2023)

https://www.quantamagazine.org/why-gravity-is-not-like-the-other-forces-20200615/

# A New Map of All the Particle and Forces - Quanta Magazine (2023)

https://www.quantamagazine.org/a-new-map-of-the-standard-model-of-particle-physics-20201022

# Does Zero Gravity Exist in Space? - Yale Scientific (2023)

https://www.yalescientific.org/2010/10/mythbusters-does-zero-gravity-exist-in-space/

# Why is Gravity such a Weakling - PBS (2023)

https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/why-is-gravity-such-a-weakling/