Preguntas Conceptuales
13.1 Ley de la gravitación universal de Newton
La acción a distancia, como es el caso de la gravedad, se consideraba antes ilógica y, por tanto, falsa. ¿Cuál es el determinante último de la verdad en la ciencia, y por qué se aceptó finalmente esta acción a distancia?
En la ley de la gravitación universal, Newton supuso que la fuerza era proporcional al producto de las dos masas (). Aunque todas las conjeturas científicas deberán verificarse experimentalmente, ¿puede aportar argumentos de por qué debe ser así? (Puede considerar ejemplos sencillos en los que cualquier otra forma llevaría a resultados contradictorios).
13.2 Gravitación cerca de la superficie terrestre
¿Deben los ingenieros tener en cuenta la rotación de la Tierra a la hora de construir edificios muy altos en cualquier lugar que no sea el ecuador o esté muy cerca de los polos?
13.3 Energía potencial gravitacional y energía total
Se ha señalado que un satélite con energía total negativa está en una órbita limitada, mientras que uno con energía total cero o positiva está en una órbita no limitada. ¿Por qué es así? ¿Qué elección de la energía potencial gravitacional se ha hecho para que esto sea cierto?
Se demostró que la energía necesaria para elevar un satélite a una órbita terrestre baja (el cambio de energía potencial) es apenas una pequeña fracción de la energía cinética necesaria para mantenerlo en órbita. ¿Esto es así para las órbitas más grandes? ¿Existe una tendencia en la relación entre la energía cinética y el cambio en la energía potencial a medida que aumenta el tamaño de la órbita?
13.4 Órbita satelital y energía
Un estudiante argumenta que un satélite en órbita está en caída libre porque sigue cayendo hacia la Tierra. Otro señala que un satélite en órbita no está en caída libre porque la aceleración debida a la gravedad no es . ¿Con quién está de acuerdo y por qué?
Muchos satélites se colocan en órbitas geosincrónicas. ¿Qué tienen de especial estas órbitas? Para una red de comunicación global, ¿cuántos de estos satélites serían necesarios?
13.5 Leyes del movimiento planetario de Kepler
¿Las leyes de Kepler son puramente descriptivas o contienen información causal?
En el siguiente diagrama de un satélite en órbita elíptica alrededor de una masa mucho mayor, se indica dónde es mayor y dónde menor su velocidad. ¿Qué ley de conservación dicta este comportamiento? Indique las direcciones de la fuerza, la aceleración y la velocidad en estos puntos. Dibuje los vectores de estas mismas tres magnitudes en los dos puntos de intersección del eje y (a lo largo del semieje menor) y a partir de ahí determine si la velocidad es creciente decreciente, o está en un máximo/mínimo.
13.6 Fuerzas de marea
Cuando un objeto cae en un agujero negro, las fuerzas de marea aumentan. ¿Estas fuerzas de marea desgarrarán siempre el objeto al acercarse al radio de Schwarzschild? ¿Cómo afecta la masa del agujero negro y el tamaño del objeto a tu respuesta?
13.7 La teoría de la gravedad de Einstein
El principio de equivalencia establece que todos los experimentos realizados en un laboratorio en un campo gravitacional uniforme no pueden distinguirse de los realizados en un laboratorio que no está en un campo gravitacional, sino que se acelera uniformemente. Para este último caso, considere lo que ocurre con un rayo láser a cierta altura disparado perfectamente en horizontal hacia el suelo, a través del laboratorio en aceleración (vea esto desde un marco no acelerado fuera del laboratorio). En relación con la altura del láser, ¿dónde impactará el rayo láser en la pared más lejana? ¿Qué dice esto sobre el efecto de un campo gravitacional en la luz? ¿El hecho de que la luz no tenga masa supone alguna diferencia en el argumento?
Cuando una persona se acerca al radio de Schwarzschild de un agujero negro, los observadores externos ven que todos los procesos de esa persona (sus relojes, su ritmo cardíaco, etc.) se ralentizan y se detienen al llegar al radio de Schwarzschild (la persona que cae en el agujero negro no ve afectados sus propios procesos). Pero la velocidad de la luz es la misma en todas partes para todos los observadores. ¿Qué dice esto sobre el espacio al acercarse al agujero negro?