¿Qué es la constante gravitacional?
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La constante gravitatoria describe la fuerza intrínseca de la gravedad y se puede utilizar para calcular la fuerza gravitatoria entre dos objetos.
También conocido como «Gran G» o GRAMOLa constante gravitatoria fue definida por primera vez por isaac newton en su Ley de Gravitación Universal formulada en 1680. Es una de las constantes fundamentales de la naturaleza, con valor de (6.6743 ± 0.00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (se abre en una pestaña nueva).
La atracción gravitacional entre dos objetos se puede calcular con la constante gravitacional usando una ecuación con la que la mayoría de nosotros estamos familiarizados en la escuela secundaria: la fuerza gravitatoria entre dos objetos se encuentra multiplicando la masa de esos dos objetos (m1 y m2) y GRAMOy luego dividiendo por el cuadrado de la distancia entre los dos objetos (F = [G x m1 x m2]/r^2).
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Keith Cooper es periodista independiente y editor científico en el Reino Unido y es licenciado en física y astrofísica por la Universidad de Manchester. Es autor de «La paradoja del contacto: Desafiando nuestras suposiciones en la búsqueda de inteligencia extraterrestre» (Bloomsbury Sigma, 2020) y ha escrito artículos sobre astronomía, espacio, física y astrobiología para una multitud de revistas y sitios web.
La constante gravitacional
La constante gravitacional es la clave para medir la masa de todo en la Tierra. universo.
Por ejemplo, una vez que se conoce la constante gravitatoria, junto con la aceleración debida a la gravedad en Tierra, se puede calcular la masa de nuestro planeta. Una vez que conocemos la masa de nuestro planeta, conocer el tamaño y el período de la órbita de la Tierra nos permite medir la masa del planeta. Sol. Y conocer la masa del sol nos permite medir la masa de todo lo que hay en la Tierra. Via Láctea dentro de la órbita del Sol.
Medición de la constante gravitacional
la medida de GRAMO fue uno de los primeros experimentos científicos de alta precisión, y los científicos están investigando si puede variar en diferentes momentos y lugares del espacio, lo que podría tener grandes implicaciones para la cosmología.
Llegar a un valor de 6,67408 x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 para la constante gravitacional se basó en un experimento muy inteligente del siglo XVIII, motivado por los intentos del agrimensor de mapear la frontera entre los estados de Pensilvania y Maryland (se abre en una pestaña nueva).
En Inglaterra, el científico henry cavendish (se abre en una pestaña nueva) (1731-1810), quien se interesó en calcular la densidad de la Tierra, Me di cuenta de (se abre en una pestaña nueva) que los esfuerzos del agrimensor estar condenado al fracaso (se abre en una pestaña nueva) porque las montañas cercanas someterían a la ‘plomada’ de los topógrafos (una herramienta que proporcionaba una línea de referencia vertical contra la cual los topógrafos podían tomar sus medidas) a una ligera atracción gravitacional, lo que perjudicaba sus lecturas. Si supieran el tamaño GRAMOpodían calcular la atracción gravitacional de las montañas y corregir sus resultados.
Entonces Cavendish comenzó a hacer la medición, la medición científica más precisa jamás realizada hasta ese momento en la historia.
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tu experimento fue referido como el ‘Técnica de equilibrio de torsión‘. Se trataba de dos mancuernas que podían girar alrededor del mismo eje. Una de las mancuernas tenía dos bolas de plomo más pequeñas conectadas por una varilla y colgando delicadamente de una fibra. La otra mancuerna presentaba dos pesos de plomo más grandes de 158 libras que podían rotar a ambos lados de la mancuerna más pequeña.
Cuando los pesos más grandes se colocaron cerca de las esferas más pequeñas, la fuerza gravitatoria de las esferas más grandes atrajo a las esferas más pequeñas, lo que provocó que la fibra se torciera. El grado de torsión permitió a Cavendish medir el par (la fuerza de rotación) del sistema de torsión. Luego usó ese valor para el torque en lugar del ‘F‘ en la ecuación descrita anteriormente, y junto con las masas de los pesos y sus distancias, podría reorganizar la ecuación para calcular GRAMO.
¿Puede cambiar la constante gravitacional?
Es una fuente de frustración entre los físicos que «Big G» no se conoce con tantos puntos decimales como las otras constantes fundamentales. Por ejemplo, cargar un electrón se conoce con nueve decimales (1,602176634 x 10^–19 coulomb), pero GRAMO se midió con precisión con solo cinco decimales. Frustrantemente, los esfuerzos para medirlo con mayor precisión no estoy de acuerdo el uno con el otro (se abre en una pestaña nueva).
Parte de la razón de esto es que la gravedad de las cosas alrededor del aparato experimental interferirá con el experimento. Sin embargo, también existe la ligera sospecha de que el problema no es sólo experimental, sino que puede haber algo de nueva física en el trabajo (se abre en una pestaña nueva). Incluso es posible que la constante gravitacional no sea tan constante como pensaban los científicos.
En la década de 1960, los físicos Robert Dicke, cuyo equipo llevó al descubrimiento de la fondo cósmico de microondas (CMB) por Arno Penzias y Robert Wilson en 1964) – y Carl Brans desarrollaron la llamada teoría escalar-tensor de la gravedad, como una variación de Albert Einsteinen teoría general de la relatividad. Un campo escalar describe una propiedad que puede variar potencialmente en diferentes puntos del espacio (un La analogía terrenal es un mapa de temperatura., donde la temperatura no es constante sino que varía según la ubicación). Si la gravedad fuera un campo escalar, entonces GRAMO potencialmente podría tener diferentes valores en el espacio y el tiempo. Esto difiere de la versión más aceptada de la relatividad general, que postula que la gravedad es constante en todo el universo.
Motohiko Yoshimura de la Universidad de Okayama en Japón ha propuesto que una teoría escalar-tensor de la gravedad podría vincular inflación cósmica con energía oscura. La inflación ocurrió fracciones de segundo después del nacimiento del universo y estimuló una breve pero rápida expansión del espacio que duró entre 10^-36 y 10^-33 segundos después del nacimiento del universo. Big Banginflando el cosmos de tamaño microscópico a macroscópico, antes de apagarse misteriosamente.
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energía oscura es la fuerza misteriosa que está acelerando la expansión del universo hoy. Muchos físicos se preguntan si podría haber una conexión entre las dos fuerzas expansionistas. Yoshimura sugiere que hay – que ambos son manifestaciones de un campo gravitatorio escalar que fue un mucho más fuerte al principio del universoluego se debilitó, pero volvió fuerte nuevamente a medida que el universo se expande y la materia se vuelve más dispersa.
Sin embargo, los intentos de tratar de detectar cualquier variación significativa en el GRAMO en otras partes del universo hasta ahora no han encontrado nada. Por ejemplo, en 2015, los resultados de un estudio de 21 años de los pulsos regulares del legumbres PSRJ1713+0747 no encontró evidencia (se abre en una pestaña nueva) para que la gravedad tenga una fuerza diferente en comparación con aquí en el Sistema Solar. ambos Observatorio Banco Verde y el Radiotelescopio de Arecibo siguió a PSR J1713+0747, que está a 3.750 años luz de distancia en un sistema binario con una enano blanco. El púlsar es uno de los más regulares conocidos, y cualquier desviación de la «Gran G» se habría hecho evidente rápidamente en el período de su danza orbital con la enana blanca y en el tiempo de sus pulsaciones.
En un declaración (se abre en una pestaña nueva)Weiwei Zhu de la Universidad de Columbia Británica, quien dirigió el estudio de PSR J1713+0747, dijo: «La constante gravitatoria es una constante fundamental de la física, por lo que es importante probar esta suposición básica usando objetos en diferentes lugares, tiempos y condiciones gravitatorias». El hecho de que veamos que la gravedad hace lo mismo en nuestro sistema solar que en un Estrella El sistema ayuda a confirmar que la constante gravitacional es verdaderamente universal».
Recursos adicionales
Una revisión de pruebas de laboratorio de severidad (se abre en una pestaña nueva) realizado por el grupo Eöt-Wash de la Universidad de Washington.
un analisis de intentos de medir ‘Big G’ (se abre en una pestaña nueva) y lo que podrían significar los resultados.
de Britannica definición de la constante gravitatoria (se abre en una pestaña nueva).
Bibliografía
«Medición de precisión de la constante gravitatoria newtoniana (se abre en una pestaña nueva).» Xue, Chao, et al. Revista Nacional de Ciencias (2020).
«El curioso caso de la constante gravitatoria (se abre en una pestaña nueva).» Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022).
«henry cavendish (se abre en una pestaña nueva).» Británica (2022).
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