fuerza de marea

La fuerza de marea es un efecto gravitatorio que estira un cuerpo a lo largo de la línea hacia el centro de masa de otro cuerpo debido a un gradiente (diferencia de fuerza) en el campo gravitatorio del otro cuerpo; es responsable de diversos fenómenos, que incluyen mareas , bloqueo de mareas , ruptura de cuerpos celestes y formación de sistemas de anillos dentro del límite de Roche y, en casos extremos, espaguetificaciónde objetos Surge porque el campo gravitatorio ejercido sobre un cuerpo por otro no es constante entre sus partes: el lado más cercano es atraído con más fuerza que el lado más lejano. Es esta diferencia la que hace que un cuerpo se estire. Así, la fuerza de marea también se conoce como fuerza diferencial, así como un efecto secundario del campo gravitatorio.

En mecánica celeste , la expresión fuerza de marea puede referirse a una situación en la que un cuerpo o material (por ejemplo, el agua de marea) se encuentra principalmente bajo la influencia gravitatoria de un segundo cuerpo (por ejemplo, la Tierra), pero también es perturbado por la efectos gravitatorios de un tercer cuerpo (por ejemplo, la Luna). La fuerza perturbadora se denomina a veces, en tales casos, fuerza de marea [1] (por ejemplo, la fuerza perturbadora sobre la Luna ): es la diferencia entre la fuerza ejercida por el tercer cuerpo sobre el segundo y la fuerza ejercida por el tercer cuerpo en la primera. [2]

Cuando un cuerpo (cuerpo 1) recibe la acción de la gravedad de otro cuerpo (cuerpo 2), el campo puede variar significativamente en el cuerpo 1 entre el lado del cuerpo que mira al cuerpo 2 y el lado que mira al cuerpo 2. La figura 4 muestra la fuerza diferencial de la gravedad sobre un cuerpo esférico (cuerpo 1) ejercida por otro cuerpo (cuerpo 2). Estas llamadas fuerzas de marea provocan tensiones en ambos cuerpos y pueden distorsionarlos o incluso, en casos extremos, romper uno u otro. [3] El límite de Roche es la distancia desde un planeta a la que los efectos de las mareas harían que un objeto se desintegrara porque la fuerza diferencial de la gravedad del planeta supera la atracción de las partes del objeto entre sí. [4]Estas deformaciones no ocurrirían si el campo gravitacional fuera uniforme, porque un campo uniforme solo hace que todo el cuerpo se acelere en la misma dirección ya la misma velocidad.

La relación del tamaño de un cuerpo astronómico con su distancia de otro cuerpo influye fuertemente en la magnitud de la fuerza de marea. [5] La fuerza de marea que actúa sobre un cuerpo astronómico, como la Tierra, es directamente proporcional al diámetro de ese cuerpo astronómico e inversamente proporcional al cubo de la distancia a otro cuerpo que produce una atracción gravitatoria, como la Luna o el Sol. La acción de las mareas en bañeras, piscinas, lagos y otros cuerpos de agua pequeños es insignificante. [6]

La figura 3 es un gráfico que muestra cómo la fuerza gravitatoria disminuye con la distancia. En este gráfico, la fuerza de atracción disminuye en proporción al cuadrado de la distancia, mientras que la pendiente relativa al valor disminuye en proporción directa a la distancia. Por eso el gradiente o fuerza de marea en cualquier punto es inversamente proporcional al cubo de la distancia.

La fuerza de marea corresponde a la diferencia en Y entre dos puntos en el gráfico, con un punto en el lado cercano del cuerpo y el otro punto en el lado lejano. La fuerza de marea se vuelve más grande cuando los dos puntos están más separados o cuando están más a la izquierda en el gráfico, lo que significa que están más cerca del cuerpo que atrae.

Figura 4: El campo diferencial de gravedad de la Luna en la superficie de la Tierra se conoce (junto con otro efecto diferencial más débil debido al Sol) como la Fuerza Generadora de Marea. Este es el mecanismo principal que impulsa la acción de las mareas, lo que explica dos abultamientos equipotenciales de marea y explica dos mareas altas por día. En esta figura, la Tierra es el círculo azul central mientras que la Luna está muy lejos a la derecha. La dirección hacia afuera de las flechas a la derecha y a la izquierda indica que donde la Luna está arriba (o en el nadir ) su fuerza perturbadora se opone a la que existe entre la tierra y el océano.
Figura 3: Gráfico que muestra cómo la atracción gravitatoria disminuye al aumentar la distancia desde un cuerpo
Figura 5: Los anillos de Saturno están dentro de las órbitas de sus lunas principales. Las fuerzas de marea se oponen a la coalescencia gravitacional del material en los anillos para formar lunas. [9]
Figura 1: Cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994 después de romperse bajo la influencia de las fuerzas de marea de Júpiter durante un paso anterior en 1992.
Figura 2: Esta simulación muestra una estrella siendo destrozada por las mareas gravitatorias de un agujero negro supermasivo .
Figura 6: La fuerza de marea es responsable de la fusión del par galáctico MRK 1034 . [14]
Figura 7: Gráfico de fuerzas de marea. La imagen superior muestra el campo de gravedad de un cuerpo a la derecha, la inferior muestra su residual una vez que se resta el campo en el centro de la esfera; esta es la fuerza de marea. Consulte la Figura 4 para obtener una versión más detallada.