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¿Por qué agregar un signo menos en la fórmula de la gravedad?

Nuestro equipo especializado luego de ciertos días de investigación y de recopilar de información, han obtenido la respuesta, esperamos que resulte de utilidad en tu trabajo.

El signo menos es para indicar que la fuerza es atractiva: si no hubiera signo menos, dos masas repeler.

Por cierto, el artículo de Wikipedia es correcto: el vector F debe apuntar lejos de la masa sobre la que actúa la fuerza ($m_2$), y $textbfr_12$ puntos a la masa $m_2$, por lo que con un signo menos necesitas $textbfr_12$; de lo contrario tendrías repulsión.

Si te parece redundante (usar el vector que apunta a $m_2$ e introducir un signo menos, ¿por qué no usar el vector opuesto $textbfr_21$ y cancelar el signo menos?), entonces tienes razón en cierto sentido, porque al hablar de fuerza esto de hecho parece un razonamiento un poco apretado. La verdadera razón es que a los físicos les gusta pensar en las fuerzas en términos de campos. Puedes echar un vistazo al artículo de Wikipedia sobre el campo gravitatorio. Bajo esta luz, tiene mucho más sentido usar el vector $textbfr_12$ porque se puede identificar con el vector de posición (que ya no tiene nada que ver con la masa $m_2$ – este es el poder del concepto de campo en oposición al concepto de fuerza entre objetos)

Para responder a esta pregunta, trata de hacer un esquema de la situación.

Tienes dos masas $m_1$ y $m_2$. Por definición, el subíndice sobre las fuerzas tendrá como primer número el índice de la masa que provoca la fuerza y ​​como segundo el índice del objeto sobre el que se aplica esta fuerza. Dado que está evaluando $F_12$ y sabemos por nuestra intuición física que la fuerza gravitatoria es atractiva, puede dibujarla dirigida desde el centro de masa 2 hacia el centro de masa 1.

Si luego analizas la definición del vector $vecr_12$, puedes ver que está definido como: $$vecr_12 = vecr_2 – vecr_1$$ y al aplicar la regla para sumar vectores, puedes ver que debe ir dirigido de masa 1 a masa 2. Luego, normalizándolo puedes tener el vector unitario relativo $hatr_ 12$.

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A partir del diagrama, puede ver que $vecF_12$ y $vecr_12$ están en la misma línea, pero apuntando en diferentes direcciones: el signo menos se debe a esta diferencia

Lo mismo se aplica a su libro, donde supongo que se usa una convención diferente para etiquetar subíndices de fuerzas.

Estas ecuaciones podrían escribirse sin el signo menos simplemente eligiendo un vector unitario diferente, con la dirección correcta. Por otro lado, el signo menos es relevante porque convencionalmente se asocia con fuerzas atractivas. Por supuesto, la fuerza gravitacional siempre es atractiva, por lo que este signo negativo siempre está presente, pero en diferentes tipos de fuerzas, como la fuerza de Coulomb, un módulo negativo significa una fuerza atractiva mientras que un módulo positivo significa una fuerza repulsiva, y el signo de la módulo proviene del signo de las cargas.

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