Gravidade

[thumb|Caída libre de martelo e pluma: o [astronauta David Scott (da misión Apollo 15) á Lúa interpretando o experimento de Galileo (1.38 MB, ogg/Theora format).]]
miniatura|Astronauta en ausencia de gravidade.
miniatura|A forza do salto supera a da gravidade.

A **gravidade** (do latín gravitas), tamén denominada **interacción gravitacional** ou **gravitación**, é un fenómeno natural polo cal os obxectos con masa ou enerxía son atraídos entre si, efecto maiormente observable na interacción entre os planetas, estrelas, galaxias e demais obxectos do universo, incluída a luz. É unha das catro interaccións fundamentais que orixina a aceleración que experimenta un corpo físico nas proximidades dun obxecto astronómico. A gravidade é a responsable de moitas das estruturas a grande escala do universo, como a formación de estrelas a partir da atracción gravitacional de masas gasosas, ou a agrupación destas en galaxias e cúmulos.

A gravidade é a máis débil das catro interaccións fundamentais en física, aproximadamente 1038 veces máis débil cá interacción forte, 1036 veces menor cá forza electromagnética e 1029 veces menor cá interacción débil. Non ten, polo tanto, influencia importante a nivel de partículas subatómicas. Pola contra, é a interacción dominante a escala macroscópica, sendo a causa da formación, forma e traxectoria (órbita) dos obxectos astronómicos.

Na Terra, a gravidade dá peso aos obxectos físicos, e a gravidade da Lúa é responsable das mareas sublunares nos océanos. A marea antipodal correspondente é causada pola inercia da Terra e a Lúa orbitando unha ao redor da outra. A gravidade tamén ten moitas funcións biolóxicas importantes, axudando a guiar o crecemento das plantas a través do proceso de gravitropismo e influíndo na circulación de fluídos en organismos multicelulares.

A atracción gravitacional entre a materia gasosa orixinal do universo provocou a súa coalescencia e a formación de estrelas que finalmente se condensaron en galaxias, polo que a gravidade é responsable de moitas das estruturas a gran escala do universo. A gravidade ten un alcance infinito, aínda que os seus efectos se debilitan a medida que os obxectos se afastan.

A teoría xeral da relatividade, proposta por Albert Einstein en 1915, describe a gravidade non como unha forza, senón como a curvatura do espazo-tempo, causada pola distribución desigual da masa e que fai que as masas se movan ao longo de liñas xeodésicas. O exemplo máis extremo desta curvatura do espazo-tempo é un burato negro, do que nada -nin sequera a luz- pode escapar unha vez pasado o horizonte de sucesos do burato negro. Con todo, para a maioría das aplicacións, a gravidade está ben aproximada pola lei da gravitación universal de Newton, que describe a gravidade como unha forza que fai que dous corpos calquera atráianse entre si, con magnitude proporcional ao produto das súas masas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia entre eles.

Os modelos actuais de física de partículas implican que o primeiro caso de gravidade no universo, posiblemente en forma de gravidade cuántica, supergravidade ou unha singularidade gravitacional, xunto co espazo e o tempo ordinario, desenvolvéronse durante a época de Planck (até 10-43 segundos despois do nacemento do universo), posiblemente a partir dun estado primixenio, como un falso baleiro, baleiro cuántico ou partícula virtual, dunha maneira actualmente descoñecida. Os científicos traballan actualmente no desenvolvemento dunha teoría da gravidade coherente coa mecánica cuántica, unha teoría da gravidade cuántica, que permitiría unir a gravidade nun marco matemático común (unha teoría do todo) coas outras tres interaccións fundamentais da física.
## Definicións
A gravitación , tamén coñecida como atracción gravitacional, é a atracción mutua entre todas as masas do universo. A gravidade é a atracción gravitacional na superficie dun planeta ou doutro corpo celeste; a gravidade tamén pode incluír, ademais da gravitación, a forza centrífuga resultante da rotación do planeta.

## Introdución 
A gravidade é unha das catro interaccións fundamentais observadas na natureza. Orixina os movementos a gran escala que se observan no universo: a órbita da Lúa ao redor da Terra, as órbitas dos planetas ao redor do Sol, etcétera. A escala cosmolóxica parece ser a interacción dominante, pois goberna a maior parte dos fenómenos a gran escala (as outras tres interaccións fundamentais son predominantes a escalas máis pequenas). O electromagnetismo explica o resto dos fenómenos macroscópicos, mentres que a interacción forte e a interacción débil son importantes só a escala subatómica.

O termo «gravidade» utilízase para designar a intensidade do fenómeno gravitacional na superficie dos planetas ou satélites. Isaac Newton foi o primeiro en expor que é da mesma natureza a forza que fai que os obxectos caian con aceleración constante na Terra (gravidade terrestre) e a forza que mantén en movemento os planetas e as estrelas. Esta idea levouno a formular a primeira teoría xeral da gravitación, a universalidade do fenómeno, exposta na súa obra *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica*.

Einstein, na teoría da relatividade xeral fai unha análise diferente da interacción gravitacional. De acordo con esta teoría, a gravidade pode entenderse como un efecto xeométrico da materia sobre o espazo-tempo. Cando certa cantidade de materia ocupa unha rexión do espazo-tempo, provoca que este se deforme, deste xeito a deformación deste é coma se o mesmo espazo-tempo se comprimise en dirección ao centro da masa dun obxecto. Visto así, a forza gravitacional deixa de ser unha «misteriosa forza que atrae», e convértese no efecto que produce a deformación do espazo-tempo —de xeometría non euclidiana— sobre o movemento dos corpos. Segundo esta teoría, dado que todos os obxectos móvense no espazo-tempo, ao deformarse este, a traxectoria daqueles será desviada producindo a súa aceleración.

Actualmente, os científicos continúan traballando nunha nova teoría de gravidade cuántica que describa unificadamente e de maneira consistente os fenómenos gravitacionais e cuánticos. Requírese unha teoría que unifique os dous tipos de fenómenos para poder entender os primeiros instantes do Big-bang ou as singularidades gravitacionais no interior dos buratos negros.

## Historia 
### Mundo antigo
A natureza e o mecanismo da gravidade foron explorados por un amplo abanico de estudosos da Antigüidade. En Grecia, Aristóteles cría que os obxectos caían cara á Terra porque esta era o centro do Universo e atraía cara a si toda a masa do Universo. Tamén pensaba que a velocidade dun obxecto que cae debería aumentar co seu peso, unha conclusión que máis tarde se demostrou falsa. Aínda que a opinión de Aristóteles foi amplamente aceptada en toda a Antiga Grecia, houbo outros pensadores como Plutarco que predixeron correctamente que a atracción da gravidade non era exclusiva da Terra.

Aínda que non entendía a gravidade como unha forza, o antigo filósofo grego Arquímedes descubriu o centro de gravidade dun triángulo. Postulou que si dous pesos iguais non tivesen o mesmo centro de gravidade, o centro de gravidade dos dous pesos xuntos estaría no centro da liña que une os seus centros de gravidade. Dous séculos máis tarde, o enxeñeiro e arquitecto romano Vitruvio sostiña no seu *De architectura* que a gravidade non depende do peso dunha substancia, senón da súa «natureza». No século VI d.C., o erudito bizantino alexandrino Juan Filopón propuxo a teoría do ímpeto, que modifica a teoría de Aristóteles de que «a continuación do movemento depende da acción continuada dunha forza» incorporando unha forza causante que diminúe co tempo.

No ano 628 da nosa era, o matemático e astrónomo indio Brahmagupta propuxo a idea de que a gravidade é unha forza de atracción que atrae os obxectos cara á Terra e utilizou o termo *gurutvākarṣaṇ* para describila.

No antigo Oriente Próximo, a gravidade era un tema de intenso debate. O intelectual persa Al Biruni cría que a forza da gravidade non era exclusiva da Terra, e supuxo correctamente que outros corpos celestes tamén debían exercer unha atracción gravitacional. Pola contra, Al-Khazini sostiña a mesma postura que Aristóteles de que toda a materia do Universo é atraída cara ao centro da Terra.
### Revolución científica
A mediados do século XVI, varios científicos europeos refutaron experimentalmente a noción aristotélica de que os obxectos máis pesados caen a maior velocidade. En particular, o sacerdote dominico español Domingo de Soto escribiu en 1551 que os corpos en caída libre aceleran uniformemente. Co experimento da torre de Delft de 1586, o físico flandres Simon Stevin observou que dúas balas de canón de distinto tamaño e peso caían á mesma velocidade cando se deixaban caer desde unha torre.A finais do século XVI, as coidadosas medicións de Galileo Galilei de bólas rodando por inclinadas permitíronlle establecer firmemente que a aceleración gravitacional é a mesma para todos os obxectos. Galileo postulou que a resistencia do aire é a razón pola que os obxectos de baixa densidade e elevada superficie caen máis lentamente nunha atmosfera.

En 1604, Galileo expuxo correctamente a hipótese de que a distancia dun obxecto que cae é proporcional ao cadrado do tempo transcorrido. Isto foi confirmado posteriormente polos científicos xesuítas italianos  Grimaldi e Riccioli entre 1640 e 1650. Tamén calcularon a magnitude da gravidade da Terra medindo as oscilacións dun péndulo.

En 1657, Robert Hooke publicou o seu *Micrographia*, na que expuña a hipótese de que a Lúa debía ter a súa propia gravidade. En 1666, engadiu dous principios máis: que todos os corpos móvense en liña recta ata que son desviados por algunha forza e que a forza de atracción é maior para os corpos máis próximos. Nunha comunicación á Royal Society en 1666, Hooke escribiu

A conferencia de Hooke en Gresham en 1674, *Un intento de demostrar o movemento anual da Terra*, explicaba que a gravitación aplicábase a «todos os corpos celestes»

### Teoría da gravitación de Newton
[miniatura|upright|O físico e matemático inglés, Sir [Isaac Newton (1642–1727)]]
Antes de 1684, científicos como Christopher Wren, Robert Hooke e Edmond Halley determinaron que a terceira lei de Kepler, relativa aos períodos orbitais dos planetas, demostraría a lei do inverso do cadrado se as órbitas fosen círculos. Con todo, sabíase que as órbitas eran elipses. A suxestión de Halley, Newton abordou o problema e puido demostrar que as elipses tamén probaban a relación inversa ao cadrado a partir das observacións de Kepler. En 1684, Newton enviou un manuscrito a Edmond Halley titulado *De motu corporum in gyrum ("Sobre o movemento dos corpos nunha órbita")*, que proporcionaba unha xustificación física para as leis de Kepler do movemento planetario. Halley quedou impresionado co manuscrito e instou a Newton a que se expanda, e uns anos máis tarde Newton publicou un libro innovador chamado *Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica* (*Principios matemáticos de filosofía natural``).

O aspecto revolucionario da teoría da gravidade de Newton foi a unificación das observacións terrestres da aceleración coa mecánica celeste. No seu libro, Newton describiu a gravitación como unha forza universal e afirmou que operaba sobre os obxectos "segundo a cantidade de materia sólida que conteñen e se propaga por todos os lados a distancias inmensas, sempre ao inverso do cadrado das distancias". Esta formulación tiña dúas partes importantes. A primeira era equiparar a masa inercial e a masa gravitacional. A segunda lei de Newton define a forza F=ma a través da masa inercial, e a súa lei da forza gravitacional utiliza a mesma masa. Newton realizou experimentos con péndulos para verificar este concepto o mellor que puido.

Esta afirmación foi condensada posteriormente na seguinte lei do cadrado inverso:

F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}, 

onde  é a forza,  e  son as masas dos obxectos que interactúan,  é a distancia entre os centros das masas e  é a constante gravitatoria cuxo valor é aproximadamente 6.674×10−11 m3⋅kg−1⋅s−2. Aínda que  tamén se denomina constante de Newton, Newton non utilizou esta constante nin esta fórmula, senón que só falou da proporcionalidade. Con todo, isto permitiulle chegar a unha conclusión sorprendente que hoxe damos por sentada: a gravidade da Terra sobre a Lúa é a mesma que a gravidade da Terra sobre unha mazá: M_\text{earth} \propto a_\text{apple}R_\text{radius of earth}^2 = a_\text{moon}R_\text{lunar orbit}^2  Utilizando os valores coñecidos nese momento, Newton puido verificar esta forma da súa lei. O valor de  foi finalmente medido por Henry Cavendish en 1797.

Esta ecuación di que unha masa m_1 acelerarase cara á masa m_2 cunha aceleración a_1 baixo a forza da gravidade, e dividindo ambos os lados da ecuación por m_1 obtemos:

:a_1 = -{G m_2 \over r^2}

En ningures na ecuación previa aparece a masa do corpo. Cando tratamos con obxectos preto da superficie do planeta, o troco en *r* dividido polo *r* inicial é tan pequeno que a aceleración da gravidade aparece perfectamente constante. A aceleración da gravidade na Terra chámase normalmente *g*, cun valor de 9,8&nbsp;m/s². Galileo non tiña as ecuacións de Newton, e no entanto, a súa apreciación da proporcionalidade da gravidade coa masa foi valiosísima e, posiblemente influíu incluso na formulación de Newton de como traballa a gravidade.

A teoría da gravidade de Newton ía en contra dunha idea clave da ciencia, tanto entón como agora: as forzas non deben basearse nunha acción a distancia instantánea. Newton era moi consciente deste problema e a súa decisión de continuar de todos os xeitos marcou un cambio no pensamento científico, afastándose de modelos filosoficamente sólidos pero empíricamente defectuosos. Científicos como Gottfried Wilhelm Leibniz queixáronse deste aspecto da teoría da gravidade.
 O problema non se resolveu ata que Einstein publicou os seus traballos sobre a relatividade no século XX.

### Relatividade xeral de Einstein
[miniatura|upright|[Albert Einstein]]
Finalmente, os astrónomos observaron unha excentricidade na órbita do planeta Mercurio que non podía explicarse coa teoría de Newton: o perihelio da órbita aumentaba aproximadamente 42,98 segundos de arco por século. A explicación máis obvia para esta discrepancia era a existencia dun corpo celeste aínda por descubrir, como un planeta que orbitara ao redor do Sol aínda máis preto que Mercurio, pero todos os esforzos por atopar devandito corpo resultaron infrutuosos. En 1915, Albert Einstein desenvolveu unha teoría da relatividade xeral que era capaz de modelar con precisión a órbita de Mercurio.

A teoría de Einstein introduciu outras dúas ideas con historias independentes nas teorías físicas da gravidade: o principio de relatividade e a xeometría non euclidiana.

O principio de relatividade, introducido por Galileo e utilizado como principio fundamental por Newton, conduciu a unha longa e infrutuosa procura do éter luminífero despois de que as ecuacións de Maxwell demostrasen que a luz se propagaba a unha velocidade fixa independente do marco de referencia. Na mecánica de Newton, as velocidades súmanse: unha bala de canón disparada desde un barco en movemento viaxaría cunha traxectoria que incluiría o movemento do barco. Dado que a velocidade da luz era fixa, supúñase que viaxaba nun medio fixo e absoluto. Moitos experimentos tentaron revelar este medio, pero fracasaron e, en 1905, a teoría da relatividade especial de Einstein demostrou que o éter non era necesario. A relatividade especial propuña reformular a mecánica para utilizar a transformación de Lorentz, xa aplicable á luz, en lugar da transformación galileana adoptada por Newton. A relatividade especial, como no caso especial, non cubría especificamente a gravidade. Toda descrición da gravidade en calquera outro sistema de coordenadas debe transformarse para non dar ningún campo no caso da caída libre, unha poderosa restrición de invarianza en todas as teorías da gravidade.

## Gravidade física: Gravidade e gravitación 
Para sermos precisos, débese distinguir entre a **gravitación**, que é a forza de atracción que existe entre todas as partículas con masa no universo, e a **gravidade**, que é a resultante, na superficie da Terra, da atracción da masa da Terra e mais da pseudo-forza centrífuga causada pola rotación do planeta. Comunmente, gravidade e gravitación úsanse como sinónimos.

### A gravitación 
A gravitación é a forza de gravidade que prende os obxectos á superficie de planetas e, de acordo coa lei da inercia de Newton, é responsable de manter certos obxectos en órbita en torno uns dos outros.

Isaac Newton escribiu nas súas memorias que, cando estaba a tentar comprender o que mantiña a Lúa no ceo, viu caer unha mazá no seu pomar, e comprendeu que a Lúa non estaba suspensa no ceo mais si que caía continuamente, como se fose unha bóla de canón que fose disparada con tanta velocidade que nunca atinxe o chan xa que este tamén "cae" debido á curvatura da Terra.

Newton acabou por publicar a súa, aínda hoxe famosa, lei da gravitación universal, no seu *Principia Mathematica'', como:

## Notas 
## Véxase tamén 
### Bibliografía
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 
* 

### Outros artigos 
* Gravidade da Terra
* Peso
* Constante da gravitación universal