Definición de Peso

Fórmula del peso

La fórmula del peso de un objeto es

$$W=mg,$$

donde \( W \) se mide en \( \mathrm N \), \( m \) es la masa del objeto medida en \( \mathrm{kg} \) y \( g \) es la fuerza del campo gravitatorio medida en \( \mathrm m/\mathrm s^2 \).

Habrás observado que las unidades de la intensidad del campo gravitatorio \( \mathrm m/\mathrm s^2 \) son las mismas que las de la aceleración. La intensidad del campo gravitatorio también se conoce como aceleración gravitatoria: es la aceleración de un objeto debida a la gravedad. Quizá ahora puedas ver la similitud entre la ecuación del peso y la ecuación de la segunda ley de Newton, que es

$$F=ma,$$

donde \( F \) es la fuerza necesaria para actuar sobre un objeto de masa \( m \) para darle una aceleración \( a \). En realidad son la misma ecuación, pero la ecuación del peso es para la situación específica de cuando un objeto siente una fuerza debida a un campo gravitatorio.

Cuando hablamos del peso de los objetos en la superficie terrestre, debemos utilizar el valor de \( g \) en la superficie terrestre, que es aproximadamente \( 9,8\,\mathrm m/\mathrm s^2 \). Como ya se ha dicho, el peso depende del campo gravitatorio en el que se encuentre el objeto. En la superficie de la Luna, la fuerza del campo gravitatorio es aproximadamente \( 6 \) veces menor que en la superficie de la Tierra, por lo que el peso de un objeto en la Luna será \( 6 \) veces menor que su peso en la Tierra.

Diferencia entre masa y peso

Los conceptos de masa y peso se confunden a menudo entre sí, pero son muy diferentes en el contexto de la física. La masa de un objeto es una medida de la cantidad de materia o la cantidad de cosas que hay en el objeto. La masa no sólo depende de la cantidad de materia, sino también de la densidad de esta materia; objetos del mismo volumen pueden tener masas diferentes. Por otra parte, el peso de un objeto es la fuerza que actúa sobre él debido a la gravedad. La masa de un objeto es la misma en todas partes, mientras que el peso cambia en función de la fuerza del campo gravitatorio.

Existe una relación directamente proporcional entre el peso y la masa, como se desprende de la fórmula del peso. Cuanto mayor sea la masa de un objeto, mayor será su peso. La constante de proporcionalidad es la intensidad del campo gravitatorio, \( g \). Sin embargo, debemos recordar que el peso es una cantidad vectorial -tiene una magnitud y una dirección-, mientras que la masa es simplemente una cantidad escalar y sólo tiene una magnitud. La razón por la que la masa se transforma en la cantidad vectorial peso tras ser multiplicada por la fuerza del campo gravitatorio \( g \), es porque \( g \) es algo más que una simple constante multiplicativa, es también una cantidad vectorial.

En cada punto de un campo gravitatorio, el vector de intensidad del campo gravitatorio apunta en la dirección en la que una masa sentirá una fuerza. Por ejemplo, en la Tierra, el vector del campo gravitatorio siempre apunta hacia el centro de la Tierra. Sin embargo, en puntos cercanos, los vectores \( g \) pueden aproximarse como paralelos, porque la distancia entre dos puntos suele ser despreciable comparada con la circunferencia de la Tierra (aproximadamente \( 40.000,\mathrm{km} \). Aunque en realidad apunten en direcciones minúsculamente distintas, a efectos prácticos pueden tratarse como paralelas.

Cálculo del peso

Podemos utilizar todo lo que hemos aprendido sobre el peso en muchas preguntas de práctica diferentes.

Ejemplos de peso en la ciencia

Hay algunas situaciones interesantes que surgen cuando los objetos se mueven bajo la influencia de la gravedad. Un ejemplo de ello es la ingravidez, que es el estado en el que aparentemente no actúa la gravedad. Te sientes ingrávido cuando no hay ninguna fuerza de reacción contra tu peso. Cuando estamos de pie en el suelo, sentimos que el suelo empuja hacia arriba contra nuestro cuerpo con una fuerza que es igual y opuesta a nuestro peso.

Montañas rusas

Puede que te hayas subido a una montaña rusa o a una atracción de feria que implique una caída vertical y hayas experimentado lo que se llama caída libre, que es cuando te sientes ingrávido mientras caes. Mientras caes, la única fuerza que actúa sobre ti es la gravedad, pero no puedes sentirla porque no hay ninguna fuerza de reacción que actúe en sentido contrario. De hecho, esta definición de caída libre sólo se utiliza coloquialmente, porque mientras caes existe realmente la fuerza debida a la resistencia del aire que actúa hacia arriba sobre ti para oponerse a tu movimiento. Sin embargo, esta fuerza es relativamente pequeña a bajas velocidades, por lo que puede ignorarse. Si saltaras desde el borde de un cráter en la Luna, experimentarías una verdadera caída libre (hasta que tocaras el suelo), ya que en la Luna no hay atmósfera.

Fig. 3 - En algunas montañas rusas puedes experimentar la sensación de "caída libre".

Astronautas en el espacio

Seguramente habrás visto imágenes de astronautas flotando en lanzaderas espaciales mientras orbitan alrededor de la Tierra. La ingravidez que sienten los astronautas en el espacio es en realidad idéntica a la sensación de caída libre en una montaña rusa. Los astronautas caen hacia la Tierra, pero como su transbordador espacial se desplaza a una velocidad tan grande tangencial al centro de la Tierra, no llegan a tocarla. La velocidad tangencial (la velocidad en una dirección perpendicular a la dirección del centro de la Tierra) de los astronautas en el transbordador, combinada con la curvatura de la Tierra, significa que, al ser atraídos hacia la Tierra por la gravedad, la Tierra en realidad se está curvando alejándose de ellos.

Fig. 4 - Los astronautas se sienten ingrávidos cuando orbitan alrededor de la Tierra en una nave espacial, pero la Tierra sigue ejerciendo una fuerza gravitatoria sobre ellos