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Adentrándonos en la gravitación

Contenido del artículo
Generalidades
Mareas
La luz cae ante la influencia de la gravedad
Lentes gravitacionales
Hueco negro


Estrellas gemelas

Figura 1.  Estrellas gemelas.

Mareas

 Figura 2.

Generalidades

En el artículo sobre gravitación hemos aplicado esta en el marco de las fuerzas que ejerce un cuerpo "grande" sobre uno "pequeño", hemos considerado los planteas moviéndose alrededor del sol y el caso de un cuerpo pequeño y aproximadamente esférico cerca de la superficie de la Tierra. Asumimos que el cuerpo grande está en reposo y se estudiaron las  trayectorias (por ejemplo elipses) del cuerpo chico. Se sabe que la fuerza de atracción que ejerce un cuerpo sobre otro es mutua, si la Tierra atrae a la luna, esta última también atrae a la Tierra en la misma magnitud. La pregunta es ¿si la luna se mueve alrededor de la Tierra, la Tierra lo hace también alrededor de la luna?, la respuesta es sí.

Cuando dos cuerpos se mueven bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales que se ejercen mutuamente, el movimiento es alrededor del centro de masa común. Si consideramos a los dos cuerpos en un sistema donde no actúan fuerzas externas, su centro de masa se mantiene sin aceleración, cuando uno de los cuerpos es mucho mas pesado que el otro, el centro de masa está muy próximo al cuerpo pesado. Si en el sistema Tierra-sol, el centro de masa es estacionario, entonces podemos considerar sin mucho error que el sol está estacionario por sí mismo, ya que el centro de masa está muy próximo al sol dada su gran magnitud comparado con la Tierra; y por tanto decir que la Tierra se mueve, simplemente alrededor del sol, no es muy desacertado. Pero no sucede así siempre, el caso de que el centro de masa esté muy separado de los dos cuerpos se da en las estrellas gemelas (figura 1) con masa comparable entre ellas. En este caso las estrellas se mueven en una órbita circular alrededor del punto central entre ellas (centro de masa). 

Mareas

Un caso intermedio al presentado con las estrellas gemelas es el del sistema Tierra-luna. La Tierra y la luna, tomados como puntos de masa, rotan alrededor de su centro de masa que está aproximadamente a las dos terceras partes del radio de la Tierra partiendo del centro. El movimiento de la Tierra alrededor del centro de masa se manifiesta por la presencia de dos mareas al día.

Suponga que la tierra es tan grande, que su centro es a la vez, en centro de masa del sistema Tierra-luna. Sin la luna, el océano tendría la forma de una envoltura uniforme rodeando la Tierra, figura 2a. Si agregamos la luna a este cuadro, esta atraerá el agua del lado mas cerca a la luna en mayor magnitud que la del lado mas lejano, y por tanto el agua adquiere una forma abultada cuyo pico está del lado de la luna, figura 2b. La Tierra rotaría con esta envoltura de agua abultada estacionaria y un observador en un punto de la superficie vería subir y bajar la marea una vez al día. Esta manera simple de explicar las mareas falla, hay dos mareas al día. 

La Tierra, como hemos apuntado arriba, rota también en el centro de masa del sistema Tierra-luna por lo que entra en juego un efecto adicional, la fuerza centrífuga sobre el agua del océano. Como el punto sobre el cual rota la tierra, está separado de su centro en la dirección de la luna, la parte de las aguas mas lejanas a la luna, están mas lejos del centro de rotación y son "centrifugadas" con mas fuerza que las del otro lado, el mas cercano a la luna. El efecto disparejo de las fuerzas centrífugas hace que otro abultamiento se produzca del lado contrario a la luna, por lo que la envoltura de agua se acomoda a lo representado en la figura 2c. Con bastante aproximación los dos abultamientos son de igual magnitud, por lo que el observador ve dos mareas.

El sol, contribuye a la formación de las mareas tanto como la mitad de la influencia de la luna, y no porque su fuerza gravitacional sea menor, si no por la distancia tan grande a que está de la Tierra. Cuando el sol y la luna están alineados se producen mareas mas altas.

La luz cae ante la influencia de la gravedad.

La primera observación de la deflexión de la luz debido a la gravitación se hizo en 1919 durante un eclipse solar. En aquel momento, dos estrellas que estaban detrás del sol, y que por tanto debían permanecer ocultas, se hicieron visibles como si estuvieran suficientemente lejos como para que su luz llegara directamente a un observador en la tierra, dando la impresión de una aparente distancia mucho mayor que la distancia real entre ellas. El observador desde la tierra podía verlas gracias a que la imagen del sol quedaba cubierta por la luna y se convertía por tanto en un círculo negro. El efecto de debió a que la luz procedente de las estrellas se "doblaba" al pasar muy cerca del sol. La figura 3 explica el fenómeno por si sola.

Luz y gravedad

Figura 3

Lentes gravitacionales

En años mas recientes los astrónomos han observado dos cuasares idénticos (los quasares son fuente de luz extraordinarias), los que vistos desde la Tierra aparentan estar demasiado próximos, ya que hay evidencias de que los cuasares están separados miles de millones de años luz entre ellos. Los cuasares están literalmente desconectados unos de otros y es altamente improbable que dos de ellos estén tan cerca. La explicación mas aceptada es que en realidad hay uno solo, pero que la luz generada por este se "doble" al pasar muy cerca de algún objeto de masa extraordinaria, de la misma forma que lo haría un lente, dando lugar a una doble imagen, el efecto es conocido como lente gravitacional. Se ilustra en la figura 4.

Lente gravitacional
Figura 4

Hueco negro

Como la luz deflecta ante la presencia de la gravedad cuando pasa cerca de masas, es posible que exista una enorme cantidad de masa concentrada en tan pequeño espacio, que la velocidad de la luz no sea suficiente para que pueda escapar de la superficie de la masa debido a la atracción gravitacional, lo que las hace invisibles, pero su presencia puede ser detectada por su fuerza gravitacional. Tales masas forman un hueco negro.



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