Los efectos de la gravedad nos acompañan desde nuestro nacimiento. Por ello, la gravedad es la primera interacción entre los cuerpos que fue definida, por medio de un número que llamamos masa, y conocida por medio de las leyes de Newton que relacionan sus efectos. Es la más débil de las interacciones, mucho más que la interacción eléctrica, y sin embargo controla el universo a nivel macroscópico puesto que es siempre atractiva. Pese a ello, también resulta la más desconocida en profundidad, ya que todavía no se sabe exactamente porqué se produce. En este tema estudiaremos las leyes que relacionan las causas, las masas, con sus efectos, las fuerzas. Después de definir estas leyes, veremos como y porqué se producen los movimientos planetarios. Y como siempre, recordar que el cálculo vectorial es fundamental para acceder a su entendimiento.

El momento de una fuerza respecto de un punto o de un eje mide la capacidad que esta fuerza tiene de hacer girar a un móvil respecto de ese punto o ese eje. Aunque la definición matemática y su desarrollo respecto de un eje es algo más complicado, en esta sección nos es suficiente con la definición y con una idea intuitiva pero cierta que vamos a explicar ayudándonos de figuras.

Es el movimiento más simple, cuando la velocidad permanece constante en módulo y dirección y, por lo tanto, el móvil se mueve en línea recta recorriendo siempre el mismo espacio en el mismo tiempo. No es el movimiento más común en muchos procesos naturales pero su importancia radica en que es el más simple. Recordamos aquí una cita de René Descartes, importantísimo filósofo francés nacido en 1596, que dice, más o menos, que siempre hemos de empezar desde lo más sencillo posible para poder llegar a entender lo más complejo.

Este tipo de problemas, rectilíneos de aceleración constante, M.R.U., se producen, por ejemplo, cuando tiramos una piedra cerca de la superficie terrestre en sentido vertical, no importa si es hacia arriba o hacia abajo. Al coincidir la dirección de la velocidad inicial con el de la aceleración de la gravedad, vertical y hacia abajo siempre, se produce un movimiento cuya trayectoria es una línea recta. Es el segundo tipo de movimientos por su sencillez. Se rigen también por una sencilla ley que veremos. Hacemos hincapié en que la velocidad y la aceleración son vectores y, en estos problemas, hay que tener especial cuidado en ponerles el signo, se suele olvidar. Si, como es costumbre, definimos positivo “hacia arriba”, la aceleración de la gravedad será siempre negativa puesto que, como ya se ha dicho, va siempre hacia abajo. El signo de la velocidad inicial será el que le corresponda según se haya tirado la  “piedra”.

En este apartado, como en el anterior, estudiamos los movimientos de aceleración constante, pero en el caso de que la velocidad inicial tenga distinta dirección que la aceleración. Es el caso cuando tiramos una piedra cerca de la superficie de la tierra si la velocidad con la que lo hacemos no es exclusivamente vertical. La trayectoria será entonces una parábola como veremos en los problemas. Ejemplos de este tipo son el movimiento y la trayectoria seguida por una saltadora de trampolín, el de una bala o la caída de unos víveres cuando se dejan caer desde un avión. Todos ellos son movimientos de este tipo y se rigen por la misma ley, no importa cuál haya sido la velocidad inicial.

El movimiento de rotación se produce cuando la trayectoria descrita por el móvil es una circunferencia. Las consecuencias de su estudio, sin embargo, pueden generalizarse a cualquier movimiento no rectilíneo puesto que se puede demostrar que cualquier curva puede confundirse en cualquier punto de ella a una circunferencia que se llama circunferencia osculatriz (que proviene de ósculo, beso en latín). De ahí que los conceptos que aparecen en su estudio, sobre todo el de aceleración centrípeta y aceleración tangencial, sean muy importantes. Por otra parte, es uno de los movimientos más familiares del mundo que nos rodea. El movimiento planetario, el de las poleas y cajas de cambios de un automóvil, platos y piñones de una bicicleta son ejemplos de ello, así como otros muchos mecanismos que utilizamos en nuestra vida  diaria.

El movimiento armónico simple es un movimiento de vaivén. Salvo que se trata del movimiento del pistón del motor de un coche, podríamos pensar que, en el mejor de los casos, se trata de un movimiento poco más que “curioso”, pero no muy importante en la naturaleza.  Nada más lejos de la realidad. Las ondas que producen el sonido, las ondas electromagnéticas, la luz entre ellas, y cuya importancia es evidente, se explican matemáticamente por medio de este movimiento. En la descripción de ellas,  el “vaivén” no se refiere claramente a ninguna pieza sólida, sino a la presión del aire, si se trata de una onda sonora,  o a la intensidad de lo que llamamos campo electromagnético en el caso de las ondas electromagnéticas.

El teorema del trabajo, o teorema de la energía, es una ley “muy visual”. Aunque la definición de energía pueda ser un tanto ambigua (puede haber energías no conocidas o no detectadas) enseguida nos sugiere una idea, aunque sea intuitiva. En estos apuntes hablaremos exclusivamente de la energía mecánica, suma de tres: la energía debida al movimiento, llamada energía cinética, la que está almacenada en un muelle comprimido o estirado, llamada energía elástica, y la energía almacenada por una masa situada a una altura, llamada energía potencial gravitatoria. Al tratarse de un número y relacionar dos posiciones independientemente de lo que haya pasado entre ellos, es una ley muy cómoda para relacionar eso: dos posiciones de un cuerpo con sus velocidades en ellas.

El teorema de la cantidad de movimiento es un teorema muy simple, en él aparecen conceptos muy básicos, pero a la vez es una ley muy “potente”. Se podría decir que es equivalente a la ley de Newton, pero nos facilita mucho algunos tipos de problemas, como los de choques o explosiones, fenómenos que tienen lugar en muy poco tiempo. Cuando decimos que es una ley muy potente nos referimos a que sus “ingredientes” son muy básicos, no así los de la energía como hemos comentado. Podemos resumirlo diciendo que, si sobre un sistema de masas no actúa ningún “agente exterior”, sea cual sea ese agente, la cantidad de movimiento del sistema se tiene que conservar. Como ejemplo de “su potencia” diremos que en la teoría de la relatividad, cuando Einstein tuvo que decidir entre la conservación de la masa de un sistema o la conversación de la cantidad de movimiento eligió, en contra de la intuición, la conservación de la cantidad de movimiento a costa de que la masa de un sistema no lo fuera.